Подземный ремонт скважин
Глава 9
ПОДЗЕМНЫЙ РЕМОНТ СКВАЖИН
9.1. Виды и классификация
подземных работ в скважинах
Подземным
ремонтом скважины называется комплекс
работ, связанных с предупреждением и
ликвидацией неполадок с подземным
оборудованием и стволом скважины.
При
ремонтных работах скважины не дают
продукции. В связи с этим простои скважин
учитываются коэффициентом эксплуатации
Кэ, т.е. отношением времени
фактической работы скважин к их общему
календарному времени за месяц, квартал, год.
Коэффициент эксплуатации в среднем
составляет 0,94-0,98.
Подземный ремонт
скважин условно можно разделить на текущий
и капитальный. Текущий ремонт подразделяют
на планово-предупредительный (или
профилактический) и восстановительный
.
Планово-предупредительный ремонт
скважин — это ремонт с целью предупреждения
отклонений от заданных технологических
режимов эксплуатации скважин, вызванных
возможными неполадками в работе как
подземного оборудования, так и самих
скважин. Планово-предупредительный ремонт
планируется заблаговременно и проводится в
соответствии с графиками
ремонта.
Восстановительный ремонт
скважин — это ремонт, вызванный
непредвиденным резким ухудшением
технологического режима эксплуатации
скважин или их остановкой из-за отказа
насоса, обрыва штанговой колонны и
т.п.
Межремонтный период работы скважин —
это продолжительность фактической
эксплуатации скважины от предыдущего
ремонта до последующего. Эта
продолжительность определяется путем
деления числа скважино-дней, отработанных в
течение определенного периода (квартала,
полугодия), на число подземных ремонтов,
проведенных за тот же период в данной
скважине.
Основными путями повышения
Кэ (что равнозначно добыче нефти)
являются: сокращение сроков
подземного ремонта
скважин;
максимальное увеличение межремонтного
периода работы скважин.
Рассмотрим
более подробно виды подземных
ремонтов.
Текущим ремонтом скважин (ТРС)
называется комплекс работ, направленных на
восстановление работоспособности
скважинного и устьевого оборудования, и
работ по изменению режима эксплуатации
скважины, а также по очистке скважинного
оборудования, стенок скважины и забоя от
различных отложений (парафина, гидратных
пробок, солей, продуктов коррозии). В
соответствии с Правилами ведения ремонтных
работ в скважинах, введенными в действие с
01.11.97, к текущему ремонту относятся
следующие работы [13] (табл. 9.1).
Т а б л и ц а
9.1 Разновидности текущего ремонта
скважин
Шифр |
Виды работ по ТРС |
ТР1 |
Оснащение |
ТР1-1 |
Ввод фонтанных |
ТР1-2 |
Ввод газлифтных скважин |
ТР1-3 |
Ввод скважин, |
ТР1-4 |
Ввод скважин, |
ТР2 |
Перевод скважин на другой |
ТР2-1 |
Фонтанный — газлифт |
ТР2-2 |
Фонтанный — ШГН |
ТР2-3 |
Фонтанный — ЭЦН |
ТР2-4 |
Газлифт — ШГН |
ТР2-5 |
Газлифт — ЭЦН |
ТР2-6 |
ШГН — |
ТР2-7 |
ЭЦН — ШГН |
ТР2-8 |
ШГН — ОРЭ |
ТР2-9 |
ЭЦН — ОРЭ |
ТР2-10 |
Прочие виды перевода |
ТР3 |
Оптимизация режима эксплуатации |
ТР3-1 |
Изменение глубины подвески, смена |
ТР3-2 |
Изменение глубины подвески, |
ТР4 |
Ремонт скважин, |
ТР4-1 |
Ревизия и смена насоса |
ТР4-2 |
Устранение обрыва штанг |
ТР4-5 |
Замена полированного |
ТР4-6 |
Замена, опрессовка и устранение |
ТР4-7 |
Очистка и пропарка НКТ |
ТР4-8 |
Ревизия, |
Шифр |
Виды работ по ТРС |
ТР5 |
Ремонт |
ТР5-1 ТР5-2 ТР5-3 ТР5-4 ТР5-5 ТР5-6 |
Ревизия и смена Смена электродвигателя Устранение повреждения кабеля Ревизия, смена, устранение Очистка и Ревизия, смена устьевого |
ТР6 |
Ремонт фонтанных скважин |
ТР6-1 ТР6-2 ТР6-3 |
Ревизия, смена, опрессовка и Очистка и пропарка НКТ Смена, ревизия |
ТР7 |
Ремонт газлифтных |
ТР7-1 ТР7-2 ТР7-3 ТР7-4 |
Ревизия, смена, опрессовка и устранение Ревизия, замена, очистка |
ТР8 |
Ревизия и смена |
ТР9 |
Очистка, промывка забоя |
ТР9-1 ТР9-2 |
Промывка горячей нефтью (водой) с |
ТР10 |
Опытные |
ТР11 |
Прочие виды |
Вышеприведенные
работы выполняются бригадой текущего
ремонта скважин, однако в промысловой
практике их чаще называют бригадами
подземного ремонта скважин, что не совсем
правильно, так как подземный ремонт
скважины включает в себя как текущий, так и
капитальный ремонт, т.е. это понятие шире.
Бригадами текущего ремонта скважин могут
выполняться работы по устранению некоторых
аварий (например, извлечение НКТ), не
занимающих много времени.
Капитальным
ремонтом скважин (КРС) называется комплекс
работ, связанных с восстановлением
работоспособности обсадных колонн,
цементного кольца, призабойной зоны,
ликвидацией сложных аварий, спуском и
подъемом оборудования при раздельной
эксплуатации и закачке.
К капитальным
ремонтам скважин относятся работы,
представленные в табл. 9.2. Данные работы
выполняются бригадами капитального
ремонта скважин.
В соответствии с [13],
наряду с понятиями текущий и капитальный
ремонт скважины, введено понятие
скважино-
Т а б л и ц а 9.2 Разновидности
текущего ремонта
скважин
Ремонтно-изоляционные
работы
КР1
КР1-1
КР1-2
КР1-3
КР1-4
КР2
КР2-1
КР2-2
КР2-3
КР3
КР3-1
КР3-2
КР3-3
КР3-4
КР3-5
КР4
КР4-1
КР4-2
КР5
КР6
КР6-1
КР6-2
КР6-3
КР6-4
КР7
КР7-1
КР7-2
КР7-3
КР7-4
КР7-5
КР7-6
КР7-7
КР7-8
КР7-9
КР7-10
КР7-11
КР8
КР8-1
КР8-2
Отключение отдельных обводненных
интервалов пласта Отключение отдельных
пластов Исправление негерметичности
цементного кольца Наращивание цементного
кольца за эксплуатационной, промежуточной
колоннами, кондуктором
Устранение
негерметичности эксплуатационной
колонны
Устранение негерметичности
тампонированием Устранение
негерметичности установкой пластыря
Устранение негерметичности спуском
дополнительной обсадной колонны меньшего
диаметра
Устранение аварий,
допущенных в процессе эксплуатации или
ремонта
Извлечение оборудования из
скважин после аварий, допущенных в процессе
эксплуатации
Ликвидация аварий с
эксплуатационной колонной Очистка забоя и
ствола скважины от металлических предметов
Прочие работы по ликвидации аварий,
допущенных при эксплуатации
скважин
Ликвидация аварий, допущенных в
процессе ремонта скважин
Переход на
другие горизонты и разобщение
пластов
Переход на другие горизонты
Разобщение пластов
Внедрение и ремонт
установок ОРЭ, ОРЗ,
пакеров-отсекателей
Комплекс
подземных работ, связанных с
бурением
Зарезка новых стволов
скважин Бурение цементного
стакана
Фрезерование башмака колонны с
углублением ствола в горной
породе
Бурение и оборудование шурфов и
артезианских скважин
Обработка
призабойной зоны
Проведение
кислотной обработки Проведение ГРП
Проведение ГПП
Виброобработка
призабойной зоны
Термообработка
призабойной зоны
Промывка призабойной
зоны растворителями
Промывка
призабойной зоны растворами
ПАВ
Обработка термогазохимическими
методами (ТГХВ, ПГД и т.д.)
Прочие виды
обработки призабойной
зоны
Выравнивание профиля приемистости
нагнетательных скважин Дополнительная
перфорация и торпедирование ранее
простреленных
интервалов
Исследование
скважин
Исследование характера
насыщенности и выработки продуктивных
пластов, уточнение геологического разреза
в скважинах Оценка технического состояния
скважины (обследование скважины)
Шифр |
Виды |
КР9 КР9-1 КР9-2 КР9-3 КР9-4 КР10 КР10-1 КР10-2 КР11 КР12 |
Перевод на Освоение скважин под нагнетательные Промывка в паро- и воздухонагнетательных Консервация и расконсервация скважин |
Т а б л и
ц а 9.3 Разновидности
скважино-операций
Шифр |
Виды и подвиды |
Т |
ПНП1 |
Создание оторочек: |
Выполнение запланированного объема |
ПНП1-1 |
растворителя |
То же |
ПНП1-2 |
раствора ПАВ |
|
ПНП1-3 |
раствора полимеров |
|
ПНП1-4 |
кислот |
|
ПНП1-5 |
щелочей |
|
ПНП1-6 |
горячей воды |
|
ПНП1-7 |
пара |
|
ПНП1-8 |
газожидкостных |
|
ПНП1-9 |
активного илп |
|
ПНП1-10 |
газа |
|
ПНП1-11 |
парогазовых смесей |
|
ПНП1-12 |
мицеллярного |
|
ПНП1-13 |
других реагентов |
|
ПНП2 |
Инициирование и регулирование |
Выполнение запланированного объема |
операция по повышению
нефтеотдачи пластов, также отнесенная к
ремонтным работам в скважинах.
Скважино-операцией ремонтных работ по
повышению нефтеотдачи пластов является
комплекс работ в скважине по введению в
пласт агентов, инициирующих протекание в
недрах пласта физических, химических или
биохимических процессов, направленных на
повышение коэффициента конечного
нефтевытеснения на данном участке залежи
(табл. 9.3).
Данными работами занимаются,
как правило, бригады капитального ремонта
скважины или другие специализированные
бригады, входящие в состав Управления
повышения нефтеотдачи пластов и
капитального ремонта скважин (УПНП и
КРС).
9.2. Агрегаты,
оборудование и инструмент
Подземный
ремонт скважин связан с подъемом из
скважины и спуском оборудования,
инструмента, различных приборов, а также с
закачкой в скважину технологических
жидкостей.
Для этого применяются
следующие способы ремонта: с помощью
скважинного трубопровода, собираемого из
отдельных труб;
с помощью скважинного
трубопровода из гибких труб, наматываемых
на барабан;
с использованием канатной
техники или на кабеле.
Для доставки
технологических жидкостей используются
скважинные трубопроводы, межтрубное (если
скважинных трубопроводов несколько) и
затрубное пространство. Как правило, при
применении нескольких скважинных
трубопроводов, их размещают концентрично
по типу “труба в трубе”. Параллельное
подвешивание требует больших диаметров
обсадных колонн и специального
оборудования, например пакеров с двумя
параллельно расположенными стволами.
Поэтому такое подвешивание не нашло
широкого применения в нашей
стране.
Подземный ремонт может
проводиться при открытом и закрытом или
герметизированном устье.
В первом
случае скважину необходимо останавливать
путем ее глушения и замещения
внутрискважинной жидкости на безопасную
жидкость с целью снижения ее агрессивного
воздействия на бригаду подземного ремонта
и окружающую среду. Глушение скважины, как
правило, существенно ухудшает состояние
призабойной зоны скважины и может привести
к снижению ее дебита.
Во втором случае
ремонт производится без глушения скважины,
что не приводит к снижению ее дебита после
ремонта, улучшает условия работы бригады
подземного ремонта и снижает вероятность
загрязнения окружающей среды. Но при этом
требуется сложное дорогостоящее
оборудование, включающее устьевые
превенторы и уплотнение устья, способное
обеспечивать герметичный пропуск труб с
муфтами. Кроме того, в отличие от ремонта
при открытом устье, где спуск оборудования
происходит под его собственным весом, в
этом случае необходимо использование
специальных устройств на устье,
обеспечивающих создание осевой нагрузки на
трубы для проталкивания колонны в скважину
при больших давлениях на нем.
Рис.
9.1. Схема установки с гибкими трубами для
подземного ремонта скважин:
1 —
циркуляционный переводник; 2 — гибкие
НКТ; 3 — колонная головка; 4 -дроссель;
5 — отводная линия; 6 — циркуляционный
тройник с дросселем противодавления и
задвижкой; 7 — четырехплашечный
превентор; 8 — сальниковая коробка; 9 —
индикатор веса; 10 — инжекторная головка
для подачи и извлечения колонны гибких
труб; 11 — выпрямляющее устройство; 12 —
подъемный кран инжектора; 13 — барабан с
гибким НКТ; 14 — кабина
управления;
15 — энергетический
блок
В последнее время ремонт при
герметизированном устье получил широкое
распространение при использовании
установок с гибкими трубами (рис. 9.1). Это
объясняется: существенным упрощением
устьевого оборудования вследствие
отсутствия муфт на трубах и выполнения
труб, наматываемых на барабан; возможностью
быстрого проведения спускоподъемных
операций и широкого применения средств
автоматизации и контроля. Подобные
технологии все больше используются в нашей
стране для борьбы с парафиновыми,
гидратными пробками. Известно их
применение для спуска исследовательских
приборов, установки газлифтных клапанов,
т.е. в случаях, где не-
Рис.
9.2. Размещение оборудования при подземном
ремонте скважины:
1 — тракторный
подъемник; 2 — канат, 3 — упор для
трактора; 4 — мостки; 5 -оттяжной
ролик; 6 — труба; 7 — элеватор; 8 —
штропы; 9 — крюк; 10 — талевый блок; 11
— вышка; 12 — кронблок
обходим
быстрый спуск приборов при
герметизированном устье. С использованием
азотных технологий, т.е. мобильных азотных
установок для генерации азота и его
применения для различных технологических
процессов освоения и ремонта скважин,
получили широкое распространение
установки с трубами. Азот позволяет
обеспечить безопасное ведение
работ.
Наибольшее распространение
получил подземный ремонт при открытом
устье с собиранием колонны НКТ и штанг из
отдельных труб и штанг
соответственно.
Спуск и подъем
различного подземного оборудования и
инструмента при подземном ремонте
осуществляют с помощью подъемной лебедки
или подъемной установки, называемой
агрегатом для подземного ремонта
скважин.
Подъемная лебедка
предназначена для работы в сочетании со
стационарными вышками, установленными над
устьем скважины (рис. 9.2). На верху вышки
монтируется кронблок 12, оснащенный талевым
канатом с талевым блоком 10. На талевом
блоке 10 подвешивается крюк 9, на котором
с помощью штро-пов 8 и элеватора 3
крепится колонна насосно-компрессорных
труб 6 или штанг. Стальной талевый канат
2 от лебедки трактора-подъемника 1
пропускается через оттяжной ролик 5,
расположенный в низу вышки 11, через ролики
кронблока 12 и талевого блока 10 и обратно
в том же порядке. Неподвижный конец каната
прикрепляется у основания вышки, а
подвижный -к барабану лебедки. Оттяжной
ролик 5 предупреждает опрокидывание
вышки при подъеме или спуске колонны
труб.
Оборудование для подземного
ремонта предусматривает наличие на
скважине постоянной эксплуатационной
вышки, что не совсем удобно. Поэтому в
настоящее время большее распространение
получили подъемные агрегаты, на которых
смонтированы мачта и все необходимое
оборудование для проведения
спускоподъемных работ. Подобные работы
могут осуществляться как с укладкой труб на
мостки, так и с их установкой в вертикальное
положение. Последнее обычно
предусматривает применение верхового
рабочего и более предпочтительнее, так как
при этом не происходит износ ниппельных
концов труб, что позволяет применять трубы
типа НКМ и других, аналогичных этому, у
которых уплотнение соединений выполнено за
счет специальных проточек на концах или за
счет применения различных уплотнительных
колец, например, из тефлона. Общий вид
агрегата с вертикальной установкой труб
представлен на рис. 9.3.
Если подъемная
установка большой грузоподъемности
снабжена дополнительным оборудованием,
позволяющим существенно повысить ее
функциональные возможности, например,
проводить буровые работы, т.е. если в ее
состав входят насосный блок, блок очистки и
подготовки бурового раствора, передвижные
мостки с рабочей площадкой, то такая
установка является комплексом подъемного
оборудования.
Различия между агрегатами
для текущего и капитального ремонта
скважин условные, в одних случаях агрегат
может использоваться для текущего ремонта,
а в других — для капитального. Считают, что
агрегат для капитального ремонта должен
позволять проводить буровые работы и иметь
большую грузоподъемность.
На промыслах
России можно встретить агрегаты как
отечественного, так и зарубежного
производства. Рассмотрим более подробно
технику азербайджанского производства,
которая сейчас практически не выпускается,
но еще вырабатывает свой ресурс и
встречается на промыслах.
Рис.
9.3. Общий вид агрегата в транспортном и
рабочем положениях
Подъемник —
механическая лебедка, установленная на
тракторе, автомобиле или отдельной раме.
Приводом лебедки является тяговый
двигатель трактора, автомобиля или от
самостоятельного двигателя внутреннего
сгорания или электродвигателя. Агрегат,
кроме оборудования подъемника, оснащен
вышкой и механизмом для ее подъема или
опускания. Подъемник АзИНМАШ-43П создан на
базе гусеничного болотоходного трактора
Т-100МЗБКС или обычного трактора Т-100МЗ.
Тяговое усилие на канате, равное 75 кН,
обеспечивает при оснастке 2×3 подъем или
спуск НКТ48х4,0 и НКТ114х7,0 соответственно до
6400, и 1500 м. При оснастке 3×4 и 4×5 подъем НКТ114х7,0
составляет соответственно 2200 и 2800
м.
Основными узлами подъемника являются
трансмиссия, лебедка, пневматическая
система и система управления. Трансмиссия
состоит из четырехскоростной реверсивной
коробки передач, приемный вал которой
соединен с валом вывода мощности трактора.
Лебедка — однобарабанная с бочкой диаметром
420 мм. Пневмосистема обеспечивает
управление фрикционной муфтой включения
барабана, усиление тормоза, переключение
скоростей в коробке передач и управление
сцеплением двигателя и, кроме того,
питается от компрессора с приводом от шкива
вентилятора двигателя. Механизмом
управляют из кабины трактора.
Лебедка
подъемная ЛПТ-8 для ремонта скважин
глубиной для 2500 м создана на базе трактора
Т-130. IT с тяговым усилием 84 кН.
Лебедка
подъемная ЛПР-10Э используется для спуска и
подъема НКТ и бурильных труб, а также для
привода ротора в процессе ремонта скважин
со стационарных вышек на морских промыслах.
Привод лебедки — от двух электродвигателей
(общей мощностью 150 кВт) через редуктор с
помощью шиннопневматических муфт ШПМ-300х100,
карданную передачу, четырехскоростную
коробку передач, коническую и
цилиндрическую зубчатые
передачи.
Лебедка ЛП-11Э используется для
ремонта и освоения скважин глубиной до 3500 м.
Мощность привода 320 кВт, грузоподъемность
на крюке 104 т (на первой скорости и при
оснастке 5×6).
Агрегат АзИНМАШ-37А
смонтирован на шасси автомобиля КрАЗ-255Б и
предназначен для ремонта скважин глубиной
до 2900 м (номинальная грузоподъемность 32 т).
Привод навесного оборудования агрегата
лебедки проводится от тягового двигателя
автомобиля через коробку передач,
включенную напрямую, и раздаточную коробку.
Вышка сварная, решетчатой конструкции,
телескопическая, двухсекционная. Высота ее
от земли до оси кронблока 18 м, что позволяет
поднимать трубу длиной до 1 2,5 м.
Агрегат
АзИНМАШ-43А на базе гусеничного
болотоходного трактора Т-100МЗБКС
предназначен для текущего ремонта скважин
глубиной до 2900 м. Номинальная
грузоподъемность 28 т.
Установка
подъемная У ПТ-32 на базе подъемника
ЛПТ-8
Рис. 9.4. Агрегат А-50У:
1 —
передняя опора; 2 -промежуточная опора;
3 -компрессор; 4 — трансмиссия;
5 —
промежуточный
шм
вал; 6 —
гидроцилиндр
подъема вышки; 7 —
ограничитель подъема крюкоблока; 8 — талевая
система; 9 -лебедка; 10 — вышка; 11 -пульт
управления; 12
—
опорные домкраты;
13
—
ротор
грузоподъемностью 32 т имеет
вышку, аналогичную используемой в
АзИНМАШе-37.
Агрегат “Бакинец-3М” с
тяговым усилием 78 кН смонтирован на
тракторе Т-100МЗ, состоит из подъемной
лебедки, телескопической вышки, кронблока,
талевого блока с трехрогим крюком,
механизма подъема вышки и коробки
передач.
Для капитального ремонта
используется самоходная установка УПТ1-50
грузоподъемностью 50 т на базе трактора
Т-130.1Г-1. Для этих же целей применяется
агрегат А-50У на базе автомобиля КрАЗ. Он
предназначен для ремонта скважин глубиной
до 3500 м с укладкой труб на мостки, а также
для разбуривания цементной пробки в
колоннах диаметром 140— 168 мм, промывки и
тартальных работ. Входящий в состав
агрегата промывочный насос 9МГр
смонтирован на двухосном автоприцепе 2ПН-2.
Давление насоса 16 МПа при подаче 6,1 л/с. При
давлении 6 МПа подача составляет около
10
л/с. Данный агрегат выпускается в России и
нашел широкое распространение на
промыслах, поэтому рассмотрим его
подробнее.
Общий вид агрегата и его
основные узлы представлены на рис.
9.4.
Управление всеми механизмами
агрегата как при установке вышки в рабочее
положение, так и при спускоподъемных
операциях осуществляется с открытого
пульта, расположенного на раме агрегата у
задней опоры вышки, слева по ходу
автомобиля. Привод навесного оборудования
агрегата и насосного блока осуществляется
от тягового двигателя через коробку
скоростей, включенную напрямую, и
раздаточную коробку. Скорость подъема
крюка агрегата А-50У и грузоподъемность на
крюке в зависимости от включенной скорости
лебедки представлены в табл. 9.4.
В
настоящее время на промыслах появились
новые агрегаты для подземного ремонта.
Т
а б л и ц а 9.4
Передача |
Частота вращения |
Скорость подъема крюка, м/с |
Грузоподъемность на крюке, т |
I |
39,8 |
0,181 |
50 |
II |
69,8 |
0,317 |
34,5 |
III |
153 |
0,695 |
12,6 |
IV |
268 |
1,215 |
7,5 |
Лебедка
Наибольшее тяговое
усилие на набегающем конце
талевого
Тяговый
двигатель
Тип…………………………………………………………….
Четырехтактный
цилиндровый дизель с
V-образным расположением
цилиндров
Марка……………………………………………………………………………………………………………………..ЯМЭ-238
Так,
Кунгурским машиностроительным заводом
освоен выпуск агрегатов (табл. 9.5), которые
позволили заменить агрегаты
азербайджанского производства. В качестве
базы применяется колесная техника.
Конструктивная особенность состоит
Показатель |
АР32 |
АР32/40 |
АР32/40М |
Транспортная база |
|||
Шасси |
КрАЗ-260Г |
“ Урал-43201912-30” |
“Урал-43201912-30” или КрАЗ-260Г |
Привод механиз |
Двигатель |
Двигатель шасси |
Двигатель шасси |
мов |
ЯМЗ-238Л |
ЯМЗ-238 |
ЯМЗ-238 или |
220 кВт |
174 кВт |
ЯМЗ-238Л |
|
Допускаемая на |
|||
грузка, кН (тс): |
|||
без оттяжек |
320(32) |
320(32) |
320(32) |
на грунт |
|||
с |
400(40) |
400(40) |
400(40) |
на грунт |
|||
Лебедка |
|||
Тип |
Однобарабанная с |
пневматической дисковой фрикци- |
|
онной муфтой |
|||
Привод |
Открытая цепная передача (цепь |
Цепной масло |
|
ЗПРТ31,75) |
наполненный редуктор (цепь ЗН44,45) |
||
Число слоев |
3 |
3 |
2 |
намотки та |
|||
левого каната Диаметр тормозных |
|||
750 (2 штуки) |
750 (2 |
1000 (1 штука) |
|
ободьев, мм |
|||
Размер тормоз |
80×150 |
80×150 |
120×230 |
ных колодок, мм |
(по 2 штуки) |
(2 штуки) |
(22 штуки) |
Скорость |
0,10-1,45 |
0,10-1,45 |
0,10-1,60 |
ема |
|||
ка, м/с |
|||
Число скоростей |
9 |
9 |
9 |
Мачта |
|||
Тип |
Односекционная, наклонная с открытой |
||
гранью |
|||
Расстояние от |
17,7 |
||
земли до оси |
|||
кронблока, |
|||
Высота подъема |
13,4 |
||
серьги талевого |
|||
блока, |
|||
Талевая система |
|||
Оснастка |
3×4 |
3×4 |
3×4 |
Диаметр талево |
22 |
22 |
22 |
го каната, мм |
|||
Гидросистема |
|||
Тип |
Аксиально- |
поршневой |
|
Модель насоса |
3102,56 |
3102,56 |
3102,112 |
(2 штуки) |
(2 штуки) |
(1 штука) |
Показатель |
АР32 |
АР32/40 |
АР32/40М |
Номинальное |
20 |
20 |
20 |
давление, МПа |
|||
Максимальная |
120 |
120 |
212 |
подача, л/мин |
|||
Привод |
От насосов |
От |
|
кратов |
НШ-32 |
||
Габариты (транс |
|||
портные), мм: |
|||
длина |
15400(16050) |
15400(16050) |
15400(16050) |
ширина |
2500 |
2500 |
2500 |
высота |
3750 |
3750 |
3750 |
Масса в транс |
19600 |
18800 |
18800 |
портном положе |
|||
нии, кг |
|||
Буровой |
|||
Привод |
Карданный |
||
Проходное |
— |
250 |
|
ние, мм |
|||
Частота враще |
— |
— |
2(120) |
ния, с-1 (об/мин) |
|||
Буровой ротор Р-410 |
|||
Привод |
— |
— |
Карданный |
Проходное сече |
— |
— |
410 |
ние, |
|||
Частота враще |
— |
— |
1,5(90) |
ния, с-1 (об/мин) |
|||
Приустьевая рабочая площадка |
|||
Длина, м |
— |
— |
4 |
Ширина, м |
— |
— |
3 |
Высота |
0,5-2 |
||
руемая), м |
|||
Вертлюг |
|||
Допускаемая |
— |
— |
600(60) |
нагрузка, кН (тс) |
|||
Проходное сече |
— |
— |
60 |
ние, мм |
|||
Частота враще |
— |
— |
3,33(200) |
ния, с-1 (об/мин) |
|||
не более |
Приемные |
мостки |
|
Транспортная |
— |
— |
Прицеп ОЗТП- |
база |
84701 |
||
Габариты в рабо |
— |
— |
12×14 |
чем положении, м |
|||
Ключ |
|||
Максимально |
— |
— |
1500 |
крутящий мо |
|||
мент, кгс-м |
|||
Частота враще |
— |
— |
1,5(90) |
ния, с-1 (об/мин) |
Показатель |
АР32 |
АР32/40 |
АР32/40М |
Диаметр |
— |
— |
60-114 |
труб, мм |
|||
Спайдер пневматический |
|||
Диаметр захвата |
— |
— |
60-114 |
труб, мм |
|||
Насосный блок |
|||
Транспортная |
— |
— |
МАЗ-8925 |
база |
|||
Приводная мощ |
— |
— |
77,2 |
ность, кВт |
|||
Максимальное |
— |
— |
15,8(160) |
давление, МПа |
|||
(кгс/см2) |
|||
Максимальная |
— |
— |
18 |
подача, л/с |
в том, что кабина
оператора расположена между лебедкой и
мачтой. Имеются гидравлические аутригеры
для выверки агрегата, а также
вспомогательные лебедки и
гидрораспределители. По дополнительному
заказу они могут комплектоваться рабочей
площадкой, ротором, гидроприводным ключом,
спайде-ром, насосным блоком, приемными
мостками.
Агрегат АР32/40 может
рассматриваться как агрегат для
капитального ремонта скважин, так как может
проводить буровые работы.
Кунгурским
машиностроительным заводом также освоен
выпуск агрегатов А60/80 большей мощности,
грузоподъемностью до 80 т. Характерной
особенностью данного агрегата является
возможность проводить спускоподъемные
операции с установкой свечей вертикально.
Агрегат предназначен для освоения и
ремонта нефтяных и газовых скважин, а также
для ведения буровых работ.
В базовый
комплект агрегата входит гидроротор.
Дополнительно агрегат может
комплектоваться следующими механизмами и
инструментами: карданная трансмиссия
привода бурового ротора; буровой ротор Р-250
с механическим приводом; буровой ротор Р-410
с механическим приводом; буровой ротор Р-250
с гидроприводом; буровой ротор Р-410 с
гидроприводом; основание бурового ротора;
приустьевая рабочая площадка (при
установке бурового ротора на колонный
фланец); подсвечник; балкон (для
вертикальной установки свечей); мани-фольд
диаметром 50 мм (стояк с буровым рукавом
диаметром 50 мм и переходником к фланцу
вертлюга); манифольд диаметром 76 мм (стояк с
буровым рукавом диаметром 76 мм и
пере-
ходником к фланцу вертлюга); труба
ведущая 80×80 длиной 8,5 м (в комплекте с
верхним и нижним переводником); труба
ведущая 112×112 длиной 11 м (в комплекте с
верхним и нижним переводником); вертлюг
ВБ-60; вертлюг ВБ-100; вертлюг ВБ-100 с кабельным
лубрикатором (в комплекте с рукавом
высокого давления и ручным насосом);
устройство крепления и перепуска талевого
каната; крюк; сборное основание под задние
аутригеры; укрытие оператора.
Заводом
“Красный пролетарий” г. Стерлитамак
(Башкортостан) освоен выпуск агрегата А2-32
для подземного ремонта грузоподъемностью 32
т на базе автомобиля “Урал-4320-191230”. В
отличие от предыдущих агрегатов, здесь
лебедка находится между кабиной оператора
и мачтой.
Комплекс оборудования К0Р01-80
грузоподъемностью 80 т обеспечивает
капитальный ремонт скважин глубиной до 5000
м. Он состоит из трех блоков: блока
самоходной подъемной установки УПА-80 на
четырехосном автомобиле-тягаче высокой
проходимости МАЗ-537; насосного блока БНП-15ГР
на двухосном прицепе МАЗ-8926; блока
передвижных приемных мостков МПП-80 на
пневмоколесном ходу с рабочей площадкой и
инструментальной тележкой. В состав
установки также входит ротор Р-360,
промывочный вертлюг ВП-80×200, набор ключей
типов ГГП и АПР-ГП и комплект инструментов
для спускоподъемных работ. Также
применяются агрегаты румынского
производства Р-80 и Р-80У, аналогичные данному
комплексу оборудования.
Роторная
установка УРК-50 состоит из
электродвигателей, коробки передач и
ротора. Электродвигатель ВАО-81-6 —
асинхронный, мощностью 30 кВт и частотой
вращения 980 мин-1. Коробка передач —
трехскоростная. Ротор Р-360 с проходным
отверстием 360 мм рассчитан на нагрузку
стола 1200 кН. Вкладыши ротора выполнены под
квадраты труб 89 и 114 мм.
Для уменьшения
натяжения каната при намотке на барабан
подъемника или агрегата используют талевую
систему, состоящую из системы неподвижных
роликов-кронблока и подвижных роликов —
талевого блока, крюка и талевого
каната.
Кронблок (рис. 9.5)
устанавливается на верху вышки или мачты,
их талевый блок подвешивается на талевом
канате, а крюк — к нижней серьге талевого
блока. Кронблок типа КБ имеет
грузоподъемность от 12,5 до 125 т. Талевый блок
— подвижная часть талевой системы —
представляет собой канатный шкив,
насаженный на роликоподшипниках на ось,
неподвижно установленную в двух щеках. К
нижней части щек подвешена серьга для
соединения с крюком. Талевый блок ти-
Рис.
9.5. Кронблок:
а — исполнение I; • —
исполнение II; 1 — ограждение; 2 — шкив;
3 — опора; 4 — ось шкивов; 5 — кожух;
6 — подкронблочная рама
па БТ также
имеет грузоподъемность от 12,5 до 125 т (рис.
9.6).
Крюк подъемный (рис. 9.7) — подвижная
часть талевой системы — предназначен для
подвешивания стропов, элеваторов,
вертлюгов и других приспособлений. Крюк
типа КР в исполнении I (однорогий) имеет
грузоподъемность 12,5 и 20 т, в исполнении II
(трехрогий) — от 32 до 125 т. Крюк состоит из
рога, подвески и серьги. Подвеска имеет
упорный подшипник и пружину, что
обеспечивает вращение рога как под
нагрузкой, так и без нее. С помощью серьги
крюк подвешивается к талевой системе.
Противовыбросовое
оборудование предназначено для
герметизации устья скважин при капитальном
ремонте скважин как при наличии, так и
отсутствии колонны труб. В состав
противовыбросового оборудования ОП2-156×320
входят превентор плашечный ППГ-156х320,
манифольд МПБ2-80х350 и гидравлическое
управление ГУП 100Бр-1. Превентор может быть и
с ручным управлением ППБ 156×320. Основная
деталь герметизации — плашки разъемные со
сменными вкладышами и р ези-новыми
уплотнениями. Трубные плашки закрывают
превентор при наличии в скважине колонны
НКТ диаметром 60-114 мм; глухие перекрывают
устье скважины при их отсутствии. Вместо
указанного оборудования применяют
оборудование ОП1а-180×35, где 1а — схема по ГОСТ
13862-80, 180 — приход в мм, 35 — рабочее давление в
МПа. Допустимая нагрузка на плашки 1000
кН.
Винтовые забойные двигатели Д-85 и Д1-54
(табл. 9.6) используют для разбуривания
цементных мостов, песчаных пробок, а также
для забуривания вторых стволов через окна в
колонне обсадных труб. По принципу действия
эти двигатели представляют собой
планетарно-роторную гидромашину
объем-
Рис.
9.7. Подъемные крюки:
а — однорогий
крюк (исполнение I); • — трехрогий крюк
(исполнение II); 1 -серьга; 2 — корпус
крюка; 3 — пружина; 4 — ствол крюка;
5 — рог крюка; 6 -седло; 7 —
дополнительный рог со скобой
Т а б л и ц а
9.6 Техническая характеристика винтовых
забойных двигателей
Показатель |
Д1-54 |
Д-85 |
Расход жидкости, |
2-3 |
4,85 |
Момент вращения, Н-м |
78,4-98 |
700 |
Максимальная мощность, кВт |
2,8-5,0 |
13,3 |
Частота вращения вала, мин-1 |
350-500 |
133 |
ного типа с внутренним косозубым
зацеплением рабочих органов (рис.
9.8).
Вертлюг является соединительным
звеном между талевой системой и
внутрискважинным инструментом. Он
подвешивается на подъемный крюк и
обеспечивает вращение инструмента и подачу
промывочной жидкости через шланговое
соединение в колонну труб к забою скважины.
При подземном ремонте используют
промывочные (ВП) (рис. 9.9) и эксплуатационные
вертлюги (ВЭ) (рис. 9.10). Вертлюг ВЭ-50 и ВЭ-80
(табл. 9.7) состоит из неподвижной и
вращающейся частей. В неподвижную часть
входит корпус, крышка, серьга и отвод трубы.
Вращающаяся часть — ствол, установленный на
трех подшипниках
Рис. 9.9. Вертлюг
промывочный:
1 — колпак; 2 — ствол;
3 -войлочное уплотнение; 4 — опора
ствола; 5 -манжета; 6 — корпус с
отводом; 7 — быстросборное
соединение
для
восприятия осевой и радиальной нагрузок,
возникающих при работе. Соединение
промывочного шланга с вертлюгом
-быстросборное.
Рис.
9.8. Двигатель винтовой забойный Д-85:
а
— продольное сечение; • — поперечное
сечение; 1 — сепаратор; 2 — ротор;
De, Dep — диаметр соответствующего
статора и ротора
Промывочный
вертлюг не позволяет осуществлять вращение
труб, он предназначен лишь для подачи
промывочной жидкости в колонну труб.
При
спускоподъемных операциях применяют
специальные инструменты: ключи, элеваторы,
штропы, спайдеры и другие
приспособления.
Рис. 9.10. Вертлюг
эксплуатационный ВЭ-50:
1 — серьга;
2 — отвод; 3 — грязное манжетное
уплотнение; 4, 8 — верхняя и нижняя опоры;
5 — быстросборное соединение; 6 —
основная опора; 7 — корпус; 9 —
ствол
Элеваторы предназначены для
захвата и удержания колонны штанг и труб на
весу в процессе спускоподъемных операций.
По назначению элеваторы бывают трубные и
штанговые.
По типу захвата и удержания
трубные элеваторы могут быть: а) с захватом
под муфту; б) с захватом под высадку трубы; в)
с захватом за тело
(элеватор-спайдер).
Элеваторы первого
типа наиболее распространены и
предназначены для работы с муфтовыми
трубами. Элеваторы второго типа необходимы
для работы с трубами с высадкой наружу, а
третьего типа — для работы с безмуфтовыми
трубами.
По типу захвата и удержания
штанговые элеваторы могут быть с захватом
под высадку или квадрат
штанги.
Элеваторы первого типа наиболее
распространены и предназначены для работы
по двухэлеваторной технологии. Элеватор с
захватом под квадрат штанги позволяет
работать по одноэлеваторной технологии,
однако при работе с этим элеватором
необходимо его соединение с талевым блоком
с возможностью его вращения, так как при
свинчивании-развинчивании
Т а б л и ц а 9.7
Техническая характеристика вертлюга
Показатель |
ВЭ-50 |
ВЭ-80 |
Максимальная нагрузка на ствол, кН |
500 |
800 |
Диаметр проходного отверстия, мм |
60 |
75 |
Максимальное давление жидкости, МПа |
16 |
20 |
Присоединительная резьба под НКТ (ГОСТ |
73 |
114 |
элеватор вращается вместе со
штангами. Применение подобных элеваторов
наиболее целесообразно при установке
развинченных штанг в вертикальном
положении, так как на мачте они
устанавливаются путем подвески за
высадку.
По конструкции трубные
элеваторы могут быть одно- и двухштропные.
Первые получили наибольшее
распространение в подземном
ремонте.
Элеватор относится к наиболее
ответственным инструментам
спускоподъемных операций, его отказ
приводит к созданию серьезных аварий и
угрожает жизни оператора подземного
ремонта.
Наиболее ответственным
элементом элеватора является его механизм
запирания.
К элеваторам предъявляются
следующие требования: обеспечение надежной
работы в условиях сильного загрязнения
поверхности трубы нефтью, парафинами и
солями, а также при низких
температурах;
стойкость к динамическим
нагрузкам от рывков и ударов, возникающих
при эксплуатации, например при ловильных
работах; легкость и удобство в работе,
отсутствие выступающих частей во избежание
задевания при подъеме за элементы талевой
системы, одежду оператора и т.д.
Кроме
того, механизм запирания
должен:
обеспечивать надежную работу
рукой в рукавице, причем желательно, одной
рукой, так как при этом увеличивается
устойчивость оператора;
выдерживать
большое количество циклов
открытия-закрытия, быть простым и надежным
в работе;
обеспечивать однозначность
положения закрыто-открыто, иметь несколько
степеней защиты от несанкционированного
раскрытия.
Положение механизма
запирания должно контролироваться как
визуально, так и на слух по щелчку.
На
промыслах в подземном ремонте наибольшее
распространение получили одноштропные
элеваторы с захватом под муфту типа ЭТА
(рис. 9.11), входящие в комплект инструмента
для работы с насосно-компрессорными
трубами: элеватор типа ЭТА — ручной ключ
типа КТГУ — механический ключ типа АПР или
КМУ.
Выпускаются элеваторы ЭТА-32, ЭТА-50 и
ЭТА-60 грузоподъемностью соответственно 32, 50
и 60 т. Они позволяют работать с НКТ
диаметром 48, 60, 73 и 89 мм как с гладкими, так и
с высадкой. Переход с одного диаметра на
другой осуществляется путем смены
захватов.
Рис.
9.11. Элеватор типа ЭТА:
1 — серьга; 2
— палец; 3 — шплинты; 4 — корпус; 5 —
рукоятка; 6 — направляющая втулка; 7 —
штырь; 8 — челюсть; 9 — направляющие;
10 — болт
Ишимбайским
машиностроительным заводом освоен выпуск
элеватора с новой системой запирания
пальцевого типа ЭТА-П. Выпускаются
элеваторы ЭТА-32П, ЭТА-50П,
ЭТА-60П.
Преимущества и особенности
элеваторов типа ЭТА-П: рукоятка выполнена
неподвижной относительно корпуса,
благодаря чему практически исключен износ
указанных деталей по месту их сопряжения,
являющийся одной из основных причин
отказов и списаний элеваторов типа
ЭТА;
из операции закрытия-открытия
исключен поворот рукоятки, а все управление
замком осуществляется только движением
рычага рукоятки, что упрощает
работу;
замок обеспечивает прочную
фиксацию его захватного узла относительно
корпуса практически при любых износах в
паре шток — корпус;
орган управления
замком — рычаг — защищен от касания к
элементам грузоподъемного сооружения, что
снижает риск несанкционированного
открытия элеватора;
замок позволяет
вести визуальный и слуховой контроль за его
закрытием;
замок позволяет открытие
лишь после его полной разгрузки, т.е. когда
труба будет уложена на приемные
мостки;
не требуется переворот
элеватора.
Система запирания элеваторов
типа ЭТА-П может быть блокирована в
закрытом положении, что повышает их
безопасность при возможных рывках и
сотрясениях подвешенной колонны
труб.
Наличие блокировки системы
запирания элеваторов позволяет
подвешивать к ним штанговый элеватор и
монтажные тросы, для чего элеваторы типа
ЭТА-П могут комплектоваться вкладными
серьгами, устанавливаемыми в их захватном
узле.
Элеваторы типа ЭТА-П (табл. 9.8)
обладают полной симметрией относительно
продольной плоскости, что делает их
одинаково удобными для работы любой
рукой.
Элеваторы ЭТАР-12,5 предназначены
для работы с НКТ малого диаметра или полыми
штангами диаметром 26, 33, 42, 48 мм и имеют
грузоподъемность 12,5 т, элеваторы ЭТАР-20 -для
работы с трубами диаметром 48, 60, 73 мм и имеют
грузоподъемность 20 т, элеваторы типа ЭГ —
для работы с трубами диаметром от 33 до 114 мм,
причем гладких и с высадкой и имеют
грузоподъемность 16, 50 и 80 т.
Элеваторы
типов ЭТАР и ЭГ относятся к одноштропным с
захватом под муфту, а элеваторы типа ЭТАД
(рис. 9.12) — к двухштропным с захватом под
муфту и имеют грузоподъем-
Т а б л и ц а 9.8
Техническая характеристика элеваторов
типа ЭТА-П
Показатель |
ЭТА-32П |
ЭТА-50П |
Грузоподъемность, т Условный диаметр |
32 48, 60, 73 |
50 60, 73, 89 |
Рис.
9.12. Элеватор типа ЭТАД:
1 —
предохранитель; 2 — корпус; 3 — упор;
4 — захват; 5 — рукоятка
ность 50 и 80
т, работают с трубами диаметром 48, 60, 73, 88, 102,
114 мм.
Элеваторы типа ЭХЛ также относятся
к двухштропным с захватом под муфту, имеют
грузоподъемность 15, 25, 35, 40 т и работают с
трубами 60, 73, 89 и 114 мм.
Для работы с
насосными штангами наибольшее
распространение получили штанговые
элеваторы ЭШН-5 и ЭШН-10 грузоподъемностью 5 и
10 т с захватом под высадку штанги (рис.
9.13).
Штропы эксплуатационные (рис. 9.14)
используются для подвешивания элеваторов к
крюкам талевых систем. По конструкции штроп
— замкнутая стальная петля овальной формы,
вытянутая по одной оси. Грузоподъемность
комплектной пары штропов от 10 до 80 т.
Для
проведения спускоподъемных операций с
одним элеватором необходимо устройство на
устье скважины, способное
Рис.
9.13. Штанговый элеватор типа ЭШН:
1 —
шайба; 2, 5 — винт; 3 — щека; 4 —
шплинт; 6 — вкладка; 7 — втулка; 8
—
штроп
удерживать колонну труб за
тело. При этом торец муфты остается
свободным для последующего захвата колонны
элеватором. Спайдер может быть выполнен
отдельно или входить в состав
механического ключа для
свинчивания-развинчивания
труб.
Наиболее широкое применение
получил спайдер АСГ-80 грузоподъемностью 80 т
для работы с трубами диаметром 48, 60, 73, 89
мм.
Спайдер (рис. 9.15) состоит из кованого
корпуса, клиновой подвески, имеющей шайбу с
вертикальной направляющей и три клина,
подвешенные на петлях. Корпус соединен с
пьедесталом, внутри которого находятся
центратор и сдвоенная
Рис.
9.14. Штроп эксплуатационный: Рис.
9.15. Спайдер АГС-80
1 — штроп; 2 —
ручка; L — длина; B -ширина; d —
диаметр поперечного сечения
пружина,
размещенная в стакане. Клинья для труб
диаметром 89 мм монолитные. Универсальность
спайдера обеспечивается сменными
клиновыми подвесками и втулками
центратора.
Узлы и детали спайдера
унифицированы с блоком клиновой подвески
механического ключа АПР-2ВБ.
Для
свинчивания-развинчивания резьбовых
соединений труб и штанг применяются ключи.
Ключи могут быть трубными и штанговыми (по
назначению) и, кроме того, ручными и
механическими. В свою очередь, ручные ключи
делятся на шарнирные и цепные. Шарнирные
ключи более удобны в работе, имеют
небольшой вес и меньше повреждают
поверхность трубы.
К трубным и штанговым
ключам предъявляются следующие
требования:
ключи должны обеспечивать
передачу крутящего момента в условиях
загрязнения поверхности труб и штанг
нефтью, солями, парафином и др., а также при
возможных отклонениях геометрических
размеров трубы по диаметру и
овальности;
ключи не должны вызывать
сильный износ труб или штанги, а также их
повреждений;
ключи должны иметь
возможность контроля и регистрации
крутящего момента, прикладываемого к
соединению. Свинчивание колонны штанг и
труб с заданным моментом является
важнейшим условием надежной и длительной
работы колонны;
ключи должны быть
легкими и удобными в работе.
Цепные
ключи получили наибольшее распространение
для единичных, немассовых операций
свинчивания-развинчивания с трубами разных
диаметров. Выпускаются ключи типов КЦН
(нормальный) и КЦО (облегченный) (рис.
9.16).
Ключи просты по конструкции и
обеспечивают работу с трубами разного
диаметра. Однако они имеют большой вес, и
процесс захвата и освобождения занимает
много времени.
Наибольшее
распространение на промыслах получили
шарнирные трубные ключи типа КТГУ. Они
предназначены для совместной работы с
механическими ключами типов АПР и КМУ.
Ключи выпускаются для труб диаметром 48, 60, 73,
89 мм.
Ключи типа КТГУ состоят из челюсти,
шарнирно соединенной со створкой и
рукояткой при помощи пальцев,
застопоренных пружинными шайбами (рис. 9.17).
В створки вставлена пружина, надетая на
направляющую, которая обеспечивает
автоматический зажим трубы между челюстью
и створкой.
Поворот створки
ограничивается уступом, выполненным на
челюстях. На створках и челюстях ключей в
канавках типа “ласточкин хвост”
установлены два сухаря, которые от
выпадания крепятся пружинными
фиксаторами.
Рис.
9.17. Ключ трубный:
1 — рукоятка; 2 —
челюсти; 3 — сухарь; створка; B —
толщина; H — высота; D метр захвата
трубы; L — длина
4 — диа-
Ключ
берется за рукоятку и с небольшим усилием
заводится на трубу. При повороте рукоятки
ее головка упирается в хвостовик створки,
при этом захватная часть створки с сухарем
прижимается к трубе и совместно с сухарем,
находящимся в челюсти, обеспечивает
надежный захват трубы. При вращении
рукоятки труба вращается вместе с ключом,
свинчивается или развинчивается. При
отводе рукоятки в обратном направлении
створка освобождается, и ключ можно снять с
трубы.
Находят применение шарнирные
ключи для труб типов КОТ, КТД и КТНД.
При
ручной работе со штангами используют
штанговый ключ типа КШ (рис. 9.18), который
передает крутящий момент через квадрат
штанги и круговой ключ типа КШК. Последний
позволяет работать с гладким телом штанги.
При заклинивании плунжера в цилиндре
скважинного насоса, а также при посадке
плунжера в цилиндр возникает необходимость
вращения колонны штанг. Так как при
вращении колонна штанг стремится
развернуться в сторону, обратную вращению
ключа, то выполнять эту работу обычным
ключом опасно — он может вырваться из руки,
вращаясь, нанести тяжелые ушибы
рабочему.
Для безопасного развинчивания
штанг при заклинивании плунжера применяют
круговой ключ (рис. 9.19). Штанга
захватывается специальным замком, имеющим
неподвижную и подвижную плашки, в которых
сделан угловой вырез с зубьями. При помощи
винта штангу зажимают зубцами плашек в
любом месте. После того как круговой ключ
закрепили на штанге, оператор и помощник
оператора, стоя друг против друга и держась
обеими руками за обод, поворачивают ключ, а
вместе с ним и всю колонну штанг.
Взамен
ключа типа КШ можно использовать штанговый
шарнирный ключ КШШ16-25 массой 2,0 кг, который
заменяет три типоразмера ключа типа КШ и
обеспечивает крутящий момент до 980
Н-м.
Как правило, ручные ключи не
обеспечивают требуемого крутящего момента
затяжки резьбовых соединений, и работа с
ними занимает много времени. Поэтому на
промыслах широкое распространение
получили механические ключи.
По типу
установки на устье ключи могут быть
монтируемые на колонную головку
непосредственно и подвесные. Механические
ключи делятся на стационарные и подвижные,
т.е. обеспечивающие освобождение устья
ремонтируемой скважины. Подвесные и
подвижные ключи имеют разрезной корпус
для
Рис.
9.19. Круговой ключ для насосных штанг:
1
— обод; 2 — защелка; 3 — ступица; 4 —
узел замка
возможности подвода и отвода
от демонтируемой колонны. Такие ключи более
сложные по конструкции и громоздкие, однако
они позволяют освободить устье скважины
тогда, когда э то требуется, например для
отвода и подвода кабеля при ремонте
скважин, оборудованных УЭЦН, УЭВНТ,
установками диа-фрагменных насосов.
Механические ключи могут быть с
трубозахватными элементами или без них. В
последнем случае крутящий момент может
передаться трубе через ручной ключ типа
КТГУ. При этом крутящий момент передается
через водило механического ключа.
По
типу привода ключи могут быть с
электрическим, гидравлическим и
пневматическим приводом. В России большее
распространение получили ключи с
электрическим приводом, однако наиболее
предпочтителен с точки зрения контроля и
регулировки крутящего момента
гидравлический привод. Учитывая, что на
устье при проведении ремонтных работ
находится агрегат со своей гидросистемой,
использование гидравлического привода
ключа наиболее целесообразно.
Одним из
широко применяемых ключей для работы с
тру-
Рис.
9.20. Автомат АПР-2ВБ:
1 — корпус
автомата; 2 — червячное колесо; 3 —
клиновая подвеска; 4 — корпус клина; 5
— плашка; 6 — опорный фланец; 7 — водило;
8 — вал вилки включения маховика; 9 —
электроинерционный привод; 10 — ось
балансира; 11 -направление клиновой
подвески; 12 — центратор; 13 —
пьедестал центрато
ра; 14 — фиксатор
центратора
бами является автомат
Молчанова (АПР — автомат подземного ремонта)
(рис. 9.20).
Ключ (автомат) стационарно
устанавливается на колонную головку, а
крутящий момент передается водилом трубе
через ручной ключ типа КТГУ.
Техническая
характеристика АПР-2ВБМ
Максимальный
крутящий момент,
кН-м
(кг-см)……………………………………………………………………………………4,5
(450)
Условные диаметры труб,
мм:
гладких……………………………………………………………………….48;
60; 73;
89
высаженных…………………………………………………………..48В;
60В; 73В; 89В
Потребляемая
мощность,
кВт………………………………..3,0
Частота
вращения водила, с-1
(об/мин)________0,85 (51)
Привод
ключа
Двигатель привода
Управление
приводом………………….
Температура
окружающей среды, °С…
Габариты ключа в
сборе, мм, не
более:
длина……………………………….
ширина……………………………..
высота………………………………
Масса,
кг:
ключа в
сборе………………………
полного
комплекта…………………
Электрический
инерционный взрывобезопасный с питанием от
промысловой сети. Электродвигатель
АИМ10084У2,5 n = 1430 об/мин, напряжением 380
В
Кнопочный пост и
магнитный
пускатель
Минус
60-40
850±20
460±10
730±10
240±10
310±10
Ключ
(автомат) выполнен в виде блоков, что
облегчает его монтаж-демонтаж, а также
транспортировку. Основными частями ключа
являются блоки вращателя, клиновой
подвески и центратора, а также балансир с
грузом, привод и блок управления
приводом.
Блок вращателя представляет
собой корпус клинового спайдера с
червячным редуктором, работающим в
масляной ванне, и водилом, передающим
вращающее усилие трубному ключу. На конце
червячного вала монтируется полумуфта
центробежной муфты с установленными на ней
сменными маховиками.
Блок клиновой
подвески состоит из направляющей с
кольцевым основанием, к которому на
шарнирах подвешены три клина. Клинья для
труб диаметром 48, 60, 73 мм состоят из корпуса
клина и сменных плашек. Клинья для труб
диаметром 89 мм монолитные.
Клиновые подвески имеют
усы-
синхронизаторы, которые
обеспечивают синхронную работу клиньев в
момент захвата трубы.
Блок центратора
состоит из пьедестала, к которому крепится
блок вращателя, фиксатора и вкладышей
центратора. Последние изготовляются с
проходными диаметрами для труб диаметром 48,
60, 73 и 89 мм. Вкладыши центратора
удерживаются в пьедестале
фиксаторами.
Балансир состоит из рычага
и груза, при помощи которых осуществляется
перемещение клиновой подвески вверх
вниз.
Привод ключа включает
электродвигатель с полумуфтой
центробежной муфты и раздвижные
кулачки.
Блок управления состоит из
магнитного пускателя, кнопочного поста,
соединенных между собой и с
электродвигателем кабелем при помощи
штепсельных разъемов.
Вращение от
электродвигателя передается на полумуфту,
которая передает номинальный крутящий
момент только при наборе электродвигателем
полного числа оборотов.
В зависимости от
диаметра свинчиваемых или развинчиваемых
труб на полумуфту вращателя
устанавливаются соответствующие
маховики:
Условный диаметр труб,
мм…………48 60 73
89
Номер маховика………………… I
I II I+II
Ключи
(автоматы) АПР-2ВБМ в отличие от ранее
выпускавшихся автоматов АПР-2ВБ имеют угол
посадки клиньев 9°30′, поэтому клиновые
подвески этих ключей не
взаимозаменяемы.
Известны ключи с
гидравлическим приводом типа АПР-ГП,
недостатком которых является
невозможность их применения для ремонта
скважин, оборудованных электропогружными
насосами.
При подземном ремонте скважин
с погружными центробежными
электронасосами используют ключи
механические универсальные типа КМУ,
привод которых осуществляется от
электродвигателя мощностью 3 кВт с питанием
от промысловой сети. Ключи механические
универсальные КМУ-50М предназначены для
механизации операций по
свинчиванию-развинчиванию, а также
удержанию на весу колонны
насоснокомпрессорных труб при текущем и
капитальном ремонте скважин,
эксплуатируемых всеми видами оборудования,
включая электропогружные
насосы.
Техническая характеристика
ключа КМУ-50М
Условный диаметр
захватываемых
труб,
мм……………………………………………………………………………………..48,
60, 73, 89
Привод ключа…………………………….
Электрический
инерционный
взрывобезопасный
с питанием от промысловой
сети
Двигатель привода……………………….
Электродвигатель
АИМ 10084У2,5
(N = 3
кВт; n = 1430 об/мин;
V = 380
В)
Управление приводом……………………
Кнопочный пост
управления
КУ-93-ВЗГ
Габариты,
мм:
Ключ КМУ-50М состоит из следующих
частей: блока вращателя с электроприводом,
спайдера с блоком клиньев и блока
управления электропривода.
Вращатель
представляет собой двухступенчатый
редуктор с прямозубой цилиндрической
передачей, рабочим органом которого
является разрезное колесо с прикрепленным
на нем во-дилом. Корпус вращателя и
разрезное колесо имеют прорезь для
пропуска насосно-компрессорных труб. Для
совмещения прорезей колеса и корпуса
вращателя имеется совмещающий механизм,
расположенный с противоположной стороны от
прорези на корпусе вращателя.
На корпусе
ключа установлена подпружиненная створка,
перекрывающая зев корпуса.
Вращение от
двигателя передается посредством
кулачковой муфты, на которой могут
устанавливаться сменные маховики.
Разрезное колесо приводится во вращение
через сателлиты от промежуточного
вала.
Управление электроприводом
осуществляется кнопочным постом
управления посредством магнитного
пускателя. Привод крепится к вращателю с
помощью поворотного кронштейна и откидного
болта. Поворотный кронштейн позволяет
производить замену маховиков без снятия
привода, а также снятие или установку
последнего при демонтаже и монтаже на устье
скважины.
Полуавтоматический спайдер
состоит из разрезного корпуса спайдера,
блока клиньев, рукоятки управления и
хомута. В корпусе спайдера имеются три
цилиндрические расточки (желоба),
выполненные под углом к оси спайдера. К
корпусу спайдера приварен кронштейн для
установки вращателя с помощью болтов и
оси.
Для совмещения установки в рабочем
положении со спайде-ром имеется фиксатор на
вращателе и паз на спайдере.
При
производстве спускоподъемных работ
колонна насоснокомпрессорных труб под
муфты заклинивается в полуавтоматическом
спайдере. Ключ надвигается на колонну труб
вращением вокруг оси, при этом фиксатор
скользит по поверхности корпусов спайдера,
доходит до упора и под действием пружины
входит в паз. Надевается машинный ключ на
трубу. Включением привода кнопочным постом
управления осуществляется вращение водила
в нужную сторону, при этом машинный ключ
свинчивает или развинчивает трубу.
На
базе ключа КМУ-32 также используется
гидроприводной ключ КМУ-ГП, который
применяется на гидрофицированных
самоходных ремонтных агрегатах.
Максимальный крутящий момент для КМУ-32 и
КМУ-50 составляет 4410 Н-м, что позволяет
работать с НКТ диаметром 48, 60, 73, 89 мм.
Для
свинчивания и развинчивания насосных штанг
используется автоматический штанговый
ключ типа АШК-ТМ с приводом от
электродвигателя мощностью 0,75 кВт.
Аналогичный автоматический штанговый ключ
типа АШК-Г в качестве привода имеет
гидромотор с максимальным вращающим
моментом
0,98 кН-м.
Ишимбайским
машиностроительным заводом освоен новый
комплекс инструментов и приспособлений,
позволяющий существенно повысить
эффективность и качество ремонтных
работ.
Вкладная серьга СВ-10 (рис. 9.21)
предназначена для проведения монтажа и
демонтажа на устье с применением элеватора
типа ЭТА. Серьга представляет собой катушку
под захват НКТ диаметром 73 мм. На торце
катушки выполнена петля серьги для
пропуска монтажного троса.
Подъем
тяжелого оборудования производится с
помощью элеватора типа ЭТА путем его
штатного нагружения через захватный узел и
катушку вкладной серьги. Таким образом,
исключается широко распространенная
эксплуатация элеватора для подъема
тяжестей, например путем закрепления
монтажного троса к рукоятке, стойке
корпуса, челюстям и т.п. Это должно привести
к снижению травматизма персонала, в том
числе скрытого, и способствовать повышению
культуры производства и сохранности
оборудования.
Комплекс оборудования и
инструмента для спуска-подъема штанг (КОИШ)
предназначен для производства
спускоподъемных операций (СПО) со штангами
по одноэлеваторной технологии — с помощью
одного, постоянно подвешенного к талевому
блоку элеватора и устьевой откидной вилки
для посадки колонны штанг.
Комплекс
состоит из следующих подкомплексов
оборудования и инструмента (рис. 9.22):
1.
Подвесной подкомплекс включает элеватор
типа ЭТА-П, вкладную серьгу и штанговый
элеватор под “квадрат”
штанги.
Элеватор ЭТА-П представляет
серийный трубный элеватор, замок которого
блокируется после установки в его захват
вкладной серьги с подвешенным к ней
штанговым элеватором.
Вкладная серьга
СВ-10ЭТА представляет собой катушку под
захват НКТ диаметром 73 мм, на торце которой
выполнена петля серьги. Вдоль оси катушки
имеется паз для пропуска серьги штангового
элеватора.
Рис.
9.21. Элеватор типа ЭТА с вкладной серьгой
СВ-10:
1 — серьга элеватора; 2 —
корпус элеватора; 3, 9 — бурты упорные;
4 — челюсти; 5 — рукоятка; 6 — рычаг
управления; 7 — стержень; 8 — упор;
10 — вырез;
11 — серьга;
12 — трос монтажный; 13 — штанговый
элеватор
Таким образом, в описываемом
подкомплексе система подвески штангового
элеватора к талевому блоку состоит из
следующей силовой цепочки: ЭТА-П с
блокируемым замком — вкладная серьга
СВ-10ЭТА — штанговый элеватор, которая
обладает необходимой гибкостью на сторону
и, кроме того, допускает
Рис. 9.22. Комплекс
инструмента для спуска-подъема штанг по
одноэлеваторной технологии:
1 —
элеватор типа ЭТАП с заблокированным
замком; 2 — блокирующий шплинт; 3 —
серьга вкладная СВ-10ЭТА;
4 — элеватор штанговый для
захвата за квадрат штанг; 5 — ключ
штанговый ручной; 6 — ключ стопорный для
штанг; 7 — подставка с откидной вилкой
для установки на устьевой тройник; 8 —
поворотный стол для
инструмента
вращение штангового
элеватора вместе с вкладной серьгой
относительно элеватора. По этим причинам
для подвески штангового элеватора к
талевому блоку не требуется ни
вспомогательного (промежуточного) штропа,
ни штангового малогабаритного крюка с
осевым подшипником, а достаточно иметь на
талевом блоке элеватор типа ЭТА-П. Понятно,
что монтаж и демонтаж штангового элеватора
КОИШ на рабочем месте производится просто
путем установки и съема вкладной серьги в
серийный захватный узел ЭТА-П.
2.
Устьевой подкомплекс для посадки
колонны штанг состоит из корпуса, на
верхнем торце которого выполнено
коническое гнездо-седло. В это седло
садится откидная вилка с подхваченной
штангой. Кроме того, на торце корпуса
размещены упоры для фиксации стопорного
ключа. К корпусу прикреплен кронштейн со
столиком для укладки штанговых ключей.
Столик может быть ориентирован
относительно рабочего места в нужном
положении.
Отметим такое отличие КОИШ от
обычной двухэлеваторной технологии СНО,
при которой оператор в одной руке держит
стопорный ключ, а в другой — ведущий
штанговый. При помощи КОИШ работа по
свинчиванию-развинчиванию, а также
закреплению-раскреплению резьбового
соединения может выполняться путем
прикладывания к рукоятке ведущего ключа
полной физической возможности работающего,
так как его рука свободна от стопорного
ключа, который в данном случае зафиксирован
относительно корпуса. Последнее
обстоятельство дает возможность
обеспечивать докрепление резьбовых
соединений штанг с рекомендованными
моментами затяжки, составляющими около 47
кг-м для штанг диаметром до 19 мм и 77 кг-м -для
штанг диаметром 22 мм и более.
Основное
преимущество КОИШ по сравнению с
двухэлеваторной традиционной технологией
СПО — повышение качества сборки штанговой
колонны путем затяжки ее резьб надлежащими
крутящими моментами.
3.
Подкомплекс для герметизации
устья в случае опасности
нефтегазопроявлений. Он совмещен с
корпусом устройства, в котором установлено
герметизирующее седло со специальной
резьбой с крупным шагом. Герметизация
комплекса осуществляется путем установки
пробки с уплотнительным элементом в корпус,
где она фиксируется резьбой, для чего
достаточно завернуть пробку на 2-3 оборота.
Пробка может быть установлена при наличии в
НКТ штанг, а также при их отсутствии. Кроме
того, если НКТ свободна от штанг, пробка
может быть установлена или снята вручную,
без талевого механизма, например при
поломке или отсутствии подъемного
агрегата.
4. Подкомплекс включает набор
вспомогательных принадлежностей и
инструментов, а
именно:
монтажно-демонтажный шток,
предназначенный для монтажа и демонтажа
сальникового штока с канатной подвеской;
подкладная вилка для монтажно-демонтажных
работ; узел герметизирующей пробки для
перекрытия устья НКТ (см. п. 3);
В
промысловой практике часто встречаются
случаи подъема труб, заполненных жидкостью.
При этом скважинная жидкость изливается на
устье, загрязняя рабочее место у устья,
окружающую среду, затрудняя ремонтные
работы, особенно в зимнее время. Вместе с
тем бывают случаи, когда по тем или иным
причинам невозможно восстановить
циркуляцию жидкости в скважине.
Для
решения этих проблем находит применение
специальный инструмент для ремонта скважин
— скважинный пробойник для НКТ типа ОСА
конструкции Вагапова (рис. 9.23) (табл.
9.9).
Пробойник предназначен:
для
сообщения полости труб с забоем скважины
путем пробивки стенки НКТ без
использования в подземном оборудовании
дополнительных устройств, таких как
разрушаемые болты и диафрагмы, управляемые
и съемные клапаны и др.; для резки
прихваченной в скважине колонны НКТ.
Позволяет:
восстановить циркуляцию
жидкости в скважине в практике ремонта
освоения скважин;
обеспечить глушение
скважины в случае, когда невозможно создать
циркуляцию другими
методами;
предотвратить случаи подъема
труб с жидкостью и тем самым защитить
персонал от излива пластовой жидкости на
устье, выделения сероводорода и других
веществ;
повысить производительность,
культуру производства, безопасность труда
при ремонте скважин, снизить загрязнение
окружающей среды;
быстро, безопасно и
качественно осуществлять резку труб НКТ в
скважине.
Инструмент выпускается в двух
модификациях: свободного сбрасывания или с
использованием канатной техники с приводом
от столба жидкости (см. рис. 9.23, а);
опускаемый на штангах (см. рис. 9.23, •).
В
колонну НКТ сбрасывается, опускается на
проволоке или
Рис. 9.23. Пробойник для НКТ
с приводом от столба жидкости (t) и
пробойник
для НКТ веса штанговой
колонны ( •): а: 1 — корпус; 2 — поршень с
наконечником; 3 — камера высокого
давления; 4 — шток;
5 — атмосферная
камера; 6 -штифт срезной; 7 —
толкатель; 8 — цилиндр привода; 9 —
поршень привода; 10 -камера; 11 —
груз-упор; 12 -заглушка; б: 1 — насосная
штанга; 2 — муфта; 3 — толкатель; 4 —
крышка; 5 -фиксатор; 6 — штифт срезной;
7 — втулка; 8 — направляющая; 9 —
шток; 10 -сальник; 11 — камера высокого
давления; 12 — наконечник; 13 — поршень;
14 -цилиндр; 15 —
груз-упор;
16 — канал
гидравлический;
17 — уплотнительное
кольцо
yzz:’
и
Т а б л и ц а 9.9 Техническая
характеристика пробойника
Показатели |
ПСТ-60С |
ПСТ-73С |
ПСТ-60Ш |
ПСТ-73Ш |
Типоразмер пробивае |
60×5,0 |
73×5,5 |
60×5,0 |
73×5,5 |
мой трубы, |
||||
Способ спуска в сква |
Свободное сбрасывание |
На колонне насосных |
||
жину |
на канатной |
штанг |
||
Источник энергии |
Давление столба |
Вес |
||
жидкости |
колонны |
|||
Габариты, мм: |
||||
длина |
900 |
1095 |
820 |
1140 |
диаметр наибольшего |
47 |
57 |
47 |
57 |
сечения Масса, кг, не более: |
||||
пробойника |
8 |
12 |
6 |
11 |
полного комплекта |
11 |
17 |
9 |
15 |
штангах инструмент. После
достижения необходимого интервала из
корпуса инструмента выходит жало и после
пробивки отверстия в НКТ автоматически
утапливается в корпусе.
При спуске
инструмента на штангах возможно пробивание
множества отверстий в одном сечении, т.е.
осуществляется резка труб.
Преимущества
инструмента:
отверстие пробивается без
применения пороха, электрокабеля,
механического или гидравлического канала
для подачи энергии для его
работы;
инструмент прост в управлении и
обслуживании, надежен и безопасен, может
использоваться многократно. Не требует
применения специальной техники и
высококвалифицированного персонала. Все
работы выполняются бригадой
самостоятельно;
инструмент
высокоэффективен. Даже один случай
выполнения на скважине сложного ремонта с
использованием пробойника, позволивший
восстановить работу скважины без
серьезного загрязнения окружающей среды,
окупает все затраты на его
приобретение.
При проведении ремонтных
работ широкое применение получили пакеры,
предназначенные для изоляции затрубного
пространства.
Пакеры выпускаются
следующих типов:
ПВ — перепад давления
направлен вверх;
ПН — перепад давления
направлен вниз;
ПД — перепад давления
направлен вниз и вверх.
По принципу
действия пакеры могут быть: механические М,
гидравлические Г и гидромеханические
ГМ.
По способу установки в скважину
пакеры делятся на устанавливаемые на
трубах или на канате.
Пакеры могут быть
извлекаемые и неизвлекаемые. Последние еще
называют разбуриваемыми.
Основным
элементом пакера является уплотняющий
элемент, который может
быть:
расширяющимся под действием
осевой нагрузки, создаваемой или весом
колонны, или избыточным давлением,
действующим на поршень;
расширяющимся
под действием внутреннего избыточного
давления. Пакеры с таким элементом называют
надувными; самоуплотняющимися, т.е. в виде
манжеты.
Элемент должен находиться в
контакте с обсадной колонной даже при
спуске, поэтому уплотнительный элемент
быстро выходит из строя.
По количеству
проходных каналов пакеры могут быть одно-и
двухствольными. Первые предназначены для
работы с одной колонной труб, вторые — с
двумя. Двухствольные пакеры могут быть с
параллельным и концентричным
расположением стволов.
При работе
пакера в скважине необходим его упор. По
типу упоров пакеры могут быть с упором
через шлипсовый захват за обсадную колонну
и стык обсадных колонн в муфтовом
соединении, а также с упором на
забой.
Основными параметрами пакера
является его наружный диаметр и
выдерживаемый им перепад давления. Большую
роль играет зазор между наружным диаметром
пакера и обсадной колонной. Слишком большой
зазор улучшает проходимость пакера до
места его установки, но зато ухудшает его
герметизирующую способность. Поэтому
выбирается оптимальный зазор.
При
работе пакера на него действуют большие
осевые нагрузки, вызывающие сильную
деформацию уплотнительных элементов. При
таких нагрузках резина затекает в зазор,
что может привести к заклиниванию пакера и
трудностям по его извлечению. Исходя из
этого, обычно выполняют второй
уплотнительный элемент, основная функция
которого — предотвратить затекание
резины.
Установка пакера в требуемом
интервале подразумевает или проведение
различных манипуляций с трубами, или же
увеличение давления в трубах путем
предварительного перекрытия ствола пакера
шариком, сброшенным в трубы с
поверхности.
Пакер типа ПВМ
механический, воспринимающий перепад
давления, направленный вверх, опускаемый на
трубах (табл. 9.10). При посадке пакера
необходимо вращать колонну труб.
Показатель |
ПВМ-122-50 |
ПВМ-140-50 |
Наружный диаметр, мм |
122 |
140 |
Максимальный перепад давлений, МПа |
5 |
5 |
Диаметр проходного отверстия, мм |
50 |
62 |
Присоединительная резьба, мм: |
||
верхняя левая, по |
73 |
89 |
нижняя, по ГОСТ 633-80 |
60 |
73 |
Габариты, мм: |
||
диаметр |
140 |
160 |
длина |
870 |
920 |
Масса, кг: |
||
пакера |
27 |
37,4 |
полного комплекта |
34 |
47,4 |
Максимальная температура рабочей |
100 |
100 |
среды, °С |
Т а
б л и ц а 9.11
Техническая характеристика
якоря
Показатель |
2ЯГ-118-50 |
2ЯГ-136-50 |
2ЯГ-118- 50КЗ |
2ЯГ-136- 50КЗ |
Наружный диаметр, |
118 |
136 |
118 |
136 |
мм, не более |
||||
Перепад |
50 |
50 |
50 |
50 |
МПа, не более |
||||
Диаметр проходного от |
50 |
62 |
50 |
62 |
верстия, мм, |
||||
Температура рабочей |
150 |
150 |
150 |
150 |
среды, °С, не |
||||
Длина, мм, не более |
480 |
490 |
480 |
490 |
При эксплуатации на
пакер действуют большие осевые нагрузки,
достигающие десятков тонн. При таких
нагрузках необходимо принимать
специальные меры по предотвращению
скольжения пакера относительно обсадной
колонны. Для этих целей используют
устройства, называемые якорями.
Якорь
гидравлический (табл. 9.11) предназначен для
удержания пакера на месте установки при
проведении в скважинах ремонтных работ и
операций по воздействию на пласт.
9.3. Текущий ремонт
скважин
Работы, выполняемые при текущем
ремонте скважин, можно подразделить на
следующие группы (рис.
9.24):
подготовительные работы, включающие
переезд бригады текущего ремонта, глушение
скважины (в случае, если ремонт
производится при открытом устье),
размещение комплекса
Рис.
9.24. Последовательность выполнения работ
при текущем ремонте
скважин
оборудования на устье скважины
и его монтаж, подготовку к работе, разборку
устьевого
оборудования;
непосредственно сами
ремонтные работы, основной объем которых
занимают спускоподъемные операции;
заключительные
работы, включающие сборку оборудования
устья, запуск скважины в работу и ее сдачу в
эксплуатацию, очистку оборудования и
инструмента от загрязнений при ремонте
скважины, демонтаж оборудования, очистку
территор ии рабочей зоны.
Работы
выполняются бригадой в соответствии с
планом на текущий ремонт скважины (табл. 9.12)
[13].
Типовой табель технического
оснащения бригады текущего ремонта
скважин
Наименование |
Шифр |
Ед.изм. |
Количество на |
бригаду |
|||
Элеваторы |
ЭТА, ЭЗН, ЭГ, |
||
для труб |
ЭТАР |
||
60 мм |
Шт. |
2 |
|
73 |
“ |
2 |
|
89 мм |
“ |
2 |
|
102 |
“ |
2 |
|
Элеваторы трубные |
ЭХЛ, ЭТАД |
||
вспомогательные (двух- |
|||
штропные) для |
|||
диаметром: |
|||
60 мм |
“ |
1 |
|
73 мм |
“ |
1 |
|
89 мм |
“ |
1 |
|
102 мм |
“ |
2 |
|
Элеваторы штанговые |
|||
грузоподъемностью: |
|||
5 т |
ЭШН-5 |
“ |
2 |
10 т |
ЭШН-10 |
“ |
2 |
Ключи трубные для |
КТГУ |
||
работы с АПР-2ВБ для |
|||
труб условным диа- |
|||
метром: |
|||
60 мм |
2 |
||
73 мм |
2 |
||
89 мм |
2 |
||
102 мм |
2 |
||
Ключи трубные |
КТГ, КГД, КТДУ |
3 |
|
Ключи трубные шар |
КТНД |
То же |
|
нирные |
|||
Ключи трубные цепные |
КЦН, |
“ |
3 |
Ключи штанговые для |
КШ или КШН |
“ |
2 (каждого типораз |
работы с АШК |
мера) |
||
Безопасный |
КШК |
“ |
1 |
ключ |
|||
Ключи для отвинчива |
— |
“ |
2 |
ния сработанных |
|||
штанговых муфт |
|||
Ключи для |
— |
“ |
5 |
арматуры |
|||
Талевой блок |
БТН-15, |
1 |
|
Трубный крюк |
КН-50, |
“ |
1 |
Штанговый крюк |
КН-5, |
“ |
1 |
Штропы (грузоподъем |
ШЭ, ШЭН, ШБЭУ |
Пара |
1 |
ностью 28, 32, 50, 80 |
|||
Автомат для свинчива |
АПР-2ВБ, |
Шт. |
1 |
ния и развинчивания |
|||
НКТ |
|||
Автомат для |
АШК-Т, МШТК, |
“ |
1 |
ния и развинчивания |
АШК-М |
||
насосных |
|||
Индикатор массы |
ГИВ-2, ГИВ-6, |
1 |
Наименование |
Шифр |
Ед.изм. |
Количество на одну |
Патрубок |
Шт. |
1 (каждого |
|
Патрубок |
2 (каждого |
||
Шаблоны |
1 (каждого типоразмера) |
||
Щетка для чистки резьбы |
2 |
||
Лоток для выведения труб на мостки |
1 |
||
Подставка для труб (козелок) |
1 |
||
Строп для |
1 |
||
Строп |
|||
Крючок |
3 |
||
Фланец-воронка для |
1 |
||
Направляющая воронка для спуска |
1 |
||
Вилка для |
2 |
||
Вилка подкладная для |
1 |
||
Юбка для предотвращения |
1 |
||
Приспособление для рубки каната и |
1 |
||
Приспособление для откидывания |
1 |
||
Переводник с быстроразъемным |
2 |
||
Хомут-элеватор для |
2 (каждого типоразмера) |
||
Плоскогубцы специальные для |
2 |
||
Специальный крючок для |
2 |
Наименование |
Шифр |
Ед.изм. |
Количество на одну |
Специальный |
— |
Шт. |
1 |
для оттягивания |
|||
рокабеля |
|||
Ящик для укладывания |
— |
“ |
1 |
в него поясов |
|||
Подвесной ролик для |
— |
“ |
1 |
кабеля ЭЦН |
|||
Переводники |
3 (каждого |
||
Переводники штанговые |
— |
“ |
То же |
Штанга метровая |
— |
“ |
1 |
Штанга посадочная |
— |
“ |
1 |
Зажим для захвата |
— |
“ |
1 |
полированного штока |
|||
Ключ для открывания и |
— |
“ |
1 |
закрывания |
|||
Подставка (катушка |
— |
Ком |
1 |
разрезная) для ЭПН |
плект |
||
Прокладки разные |
— |
м |
5 |
Шланг |
— |
Шт. |
11 |
воды в скважину |
|||
Клиновая подвеска к: |
— |
||
АПР |
— |
2 |
|
АПР 3” |
— |
2 |
|
КМУ (1,5” — 2,5”) |
— |
2 |
|
КМУ 3” |
— |
2 |
|
Штангодержатель раз- |
— |
1 |
|
резной |
|||
Набор |
— |
Ком- |
1 |
подгонки, посадки насо- |
плект |
||
са |
|||
Столик |
— |
Шт. |
2 |
ный |
|||
Штангоуловитель |
1 (каждого типоразмера) |
||
Агрегат подъемный с |
— |
1 |
|
комплектом оборудо |
|||
вания |
|||
Передвижные |
— |
1 |
|
мостки (мостки для |
|||
НКТ) |
|||
Аварийная |
— |
1 (на каждый раз |
|
(противовыбросовая |
мер трубы) |
||
арматура) |
|||
УГУ на все виды арма |
— |
1 |
|
туры |
|||
Разборная площадка |
— |
1 |
|
рабочая |
|||
площадка) |
|||
Емкость для долива |
— |
1 |
|
(объем выбирается в |
|||
зависимости от |
|||
ретных условий) |
Наименование |
Шифр |
Ед.изм. |
Количество на одну |
Вспомогательный инструмент и |
приспособления |
||
Кувалда металлическая |
— |
Шт. |
1 |
Кувалда омедненная |
— |
2 |
|
Молоток омедненный |
— |
1 |
|
Секач |
— |
1 |
|
Метр складной |
— |
1 |
|
Рулетка |
— |
1 |
|
Уровень |
— |
1 |
|
Тиски параллельные |
— |
1 |
|
Слесарный |
— |
Комп |
1 |
мент1 |
лект |
||
Шприц-масленка |
— |
Шт. |
1 |
Штангенциркуль |
— |
1 |
|
Сухари к ключам труб |
— |
1 |
|
ным |
|||
Плашки к |
— |
2 (каждого типораз |
|
(КМУ) для труб услов |
мера) |
||
ным |
|||
1,5” |
— |
3 |
|
2” |
— |
6 |
|
2,5” |
— |
6 |
|
Кольца уплотнитель |
— |
3 (каждого типораз |
|
ные |
мера) |
||
Быстросъемные |
— |
3 |
|
Ключи омедненные |
— |
1 |
|
рожковые |
|||
Головки (размер 28- |
— |
1 |
|
56 мм) |
|||
Монтировка |
— |
3 |
|
Сальники к |
— |
10 |
|
вам СУСГ-2А |
|||
Автокабеленаматыва- |
— |
1 |
|
тель |
|||
Поддон к кабеленама- |
— |
1 |
|
тывателю |
|||
Экранирующий колпак |
— |
2 |
|
(для |
|||
фонтанной арматуры) |
|||
Лента ФУМ |
— |
1 |
|
Электрощит |
— |
1 |
|
Индикатор |
— |
1 |
|
Ареометр |
АГ-3ПП |
1 |
|
Манометр |
— |
1 |
|
Бытовое |
Средства защиты и |
||
ности |
|||
Бытовой передвижной |
— |
Шт. |
1 |
вагончик (культбудка) с |
|||
оборудованием и |
|||
шилкой |
|||
Инструментальная |
— |
“ |
1 |
будка |
|||
Щетка для очистки и |
— |
“ |
|
мойки рабочей площад |
|||
ки |
Наименование |
Шифр |
Ед.изм. |
Количество на одну |
Мегомметр |
— |
Шт. |
1 |
Помазок для смазывания |
1 |
||
Пила поперечная |
— |
1 |
|
Топор |
— |
1 |
|
Гвоздодер |
— |
1 |
|
Лопата совковая |
— |
2 |
|
Лопата |
— |
2 |
|
Лом |
— |
3 |
|
Каска |
1 на каждого члена бригады |
||
Пояс предохранительны й |
2 |
||
Перчатки диэлектрические |
— |
Пар |
2 |
Очки защитные |
— |
Шт. |
4 |
Подставка диэлектрическая |
2 |
||
Аптечка медицинская |
— |
“ |
1 |
Противогаз фильтрующий |
1 на каждого члена бригады |
||
Спецодежда дежурная |
Комп лект |
2 |
|
Термосы для горячей |
Шт. |
3 |
|
Бачок с фонтанчиком для |
1 |
||
Кружка |
— |
1 |
|
Ведро |
— |
3 |
|
Умывальник |
— |
1 |
|
Электрическая плита |
— |
1 |
|
Электрообогреватель масляный |
4 |
||
Плафоны |
ВЗГ |
Комп лект |
3 |
Плакаты по технике |
— |
1 |
|
Таблички |
Необходимое количество |
||
Флажки красные предупреждающие |
1 |
||
Противопожарный инвентарь |
1 |
||
Прожектор |
ПЭС-35, ПЭС-45 |
Шт. |
4 |
Аварийное освещение2 Электрокабель |
2 |
||
м |
120 |
||
Стойка для подвешивания |
Шт. |
7 |
Наименование |
Шифр |
Ед.изм. |
Количество на |
Стойки-подставки под кабель ЭЦН при |
— |
Шт. |
5-7 |
Приспособления для электрозаземления |
3 |
||
Радиостанция3 |
— |
“ |
1 |
Набор шпилек |
М16, М18, М20, М24 |
“ |
По 12 |
Паронит |
— |
кг |
2 |
Канат пеньковый |
— |
м |
40 |
Смазка для НКТ |
Заказываются и обеспечиваются через |
||
Солидол |
соответствии с нормами |
||
1 В |
ключи гаечные 14×17, 17×19, |
||
22×27, 27×32, 32×36, 42×55; 2 При 3 При |
Т а б л и ц а 9.13
СОГЛАСОВАНО
Старший геолог
УТВЕРЖДАЮ
Старший инженер
ПЛАН-ЗАКАЗ
НА ТЕКУЩИИ РЕМОНТ СКВАЖИНЫ
<
Месторождение ЦДНГ
< _
Нефтегазодобывающее
предприятие
Категория опасности
нефтегазопро-явления
Дата последнего
ремонта
Диаметр эксплуатационной
колонны _
глубина _ м, толщина
стенки
мм
м
Интервал
перфорации Искусственный забой
м, дата
замера
Пластовое давление
Буферное давление Дебит жидкости
Обводненность
_ МПа,
_
МПа,
м3/сут,
Динамический уровень
_
т/(сут-МПа),
Коэффициент
продуктивности дата расчета
_
Плотность пластовой воды
дата замера дата замера дата замера
%,
дата отбора пробы _ м, дата
замера
кг/м3, дата отбора
пробы
Причина ремонта _
ПЛАН
РАБОТЫ
Каждая бригада текущего ремонта
должна иметь в наличии минимальный
перечень оборудования, инструментов,
приспособлений, спецодежды, необходимый
для безопасной и эффективной работы (табл.
9.13) [13]. Данный перечень не реже чем в 5 лет
может пересматриваться для включения
инструментов, оборудования и материалов
новых типов. Перечень может быть
адаптирован к конкретным специфическим
условиям ремонта.
Типовой табель
технического оснащения цеха текущего
ремонта скважин (табл. 9.14) [13] включает
минимально необходимое оборудование,
инструменты и приспособления для
обеспечения эффективной работы бригад
текущего ремонта скважин.
Т а б л и ц а
9.14
Типовой табель технического
оснащения цеха текущего ремонта
скважин
Наименование |
Шифр |
Единица изме |
Количество на 10 бригад |
рения |
|||
Овершот |
ОЭ-2, ОЭ-60-146, ОЭ-73-168 |
Комп лект |
7-10 |
Комбинированный |
ЛКШТ-168, ЛКШ- |
“ |
7-10 |
штанговый |
114 |
||
Комбинированный |
ШК-47-19, ШК-57- |
“ |
7-10 |
штанговый |
22, ШК-69-36, по |
||
Колокол для ловли |
КВ-2, КВ-2-5, |
“ |
6-10 |
насосов |
|||
Шлипс |
— |
Шт. |
10-20 |
Ерш |
— |
“ |
6-10 |
Паук |
— |
“ |
6-10 |
Шаблоны для |
— |
Комп |
6-10 |
тационной |
лект |
||
Промывочный комплекс: |
“ |
3 |
|
вертлюг |
ВП-50, ВП-80 |
||
сальник |
4ВП-50, ВПГ-3 |
||
ны й |
|||
шланг для |
|||
ки емкости, желоб- |
|||
ная система |
|||
Головка для |
ЦИСОН |
Шт. |
5-10 |
промывки |
|||
Превентор малогаба |
ППР-180х21 |
“ |
5-10 |
ритный |
|||
Превентор плашечный |
ПП-180х35, |
“ |
5-10 |
180х35К2 |
|||
Превентор универсаль |
ПУ1-180х35К2 |
“ |
5-7 |
ны й |
|||
Дроссель |
ДР-80х35, ДР-80Гх35Г, |
4-6 |
|
Сварочный пост |
Комп лект |
2 |
|
Элеваторы трубные для |
ЭТА, ЭЗН, ЭГ, |
||
труб диаметром: |
ЭТАР |
||
48 мм |
Шт. |
6-10 |
|
14 мм |
“ |
6-10 |
Наименование |
Шифр |
Единица измере ния |
Количество на 10 бригад |
Ключи трубные для труб диаметром: |
КТГУ, КТДУ, КСМ |
||
48 мм |
Шт. |
6 10 |
|
14 мм |
6-10 |
||
Ключи гидравлические |
КГП |
4 |
|
Оттяжной ролик |
— |
2 |
|
Сварочный |
— |
2 |
|
Манжеты для головки 3”, 4” |
1 (каждого |
||
Барабан для |
ЭХЛ, ЭТАД |
2-5 на цех |
|
48 |
“ |
6-10 |
|
114 мм |
“ |
6-10 |
|
Полированный шток |
— |
“ |
5 |
Электростанция1 |
ПЭС-15, |
2 на цех |
|
Мундштук |
5-10 |
||
Шланг |
2-4 |
||
Патрубок |
5-10 (каждого |
||
Патрубок |
5-10 (каждого |
||
Шаблоны |
— |
5-10 (каждого |
|
Обратный |
5-10 |
||
внутренние |
— |
6-10 |
|
наружные |
— |
“ |
6-10 |
Передвижной сварочный агрегат типа |
3 |
||
1 В данном оборудовании и |
бригада |
||
имеет периодическую потребность в |
производственной |
||
обстановки, поэтому оно находится на |
При
добыче нефти из скважин, призабойная зона
которых сложена слабосцементированными
породами, возможны вынос песка и
образование песчаных пробок. Это приводит к
нарушению режима ее эксплуатации,
уменьшению или прекращению подачи нефти.
Пробки могут образовываться в НКТ и
эксплуатационной колонне. В некоторых
случаях их мощность может достигать
нескольких сотен метров.
Для удаления
песчаных пробок применяют различные
способы. Например, способ их удаления при
помощи простой желонки, которую спускают в
скважину на канате, и за 10-15 м до пробки
лебедку растормаживают. В результате удара
клапан открывается и некоторое количество
песка входит в желонку. В процессе подъема
ее клапан закрывается. Освобожденную на
поверхности желонку вновь спускают в
скважину.
Кроме простой желонки,
используются поршневые желонки (рис. 9.25),
принцип действия которых следующий. При
спуске желонки поршень 6 занимает
верхнее положение, а после достижения
пробки под действием силы тяжести штока
4 опускается вниз. Крайние положения
хода поршня 6 ограничивают пружины 1
и 3. При крайнем нижнем его положении
жидкость проходит из нижней части желонки в
верхнюю через отверстия в поршне. При
подъеме поршня 6 все отверстия в нем
закрываются общей крышкой 5, свободно
насаженной на стержень 7. В этом случае
сначала приподнимается шток 4, а корпус 2
остается на месте до тех пор, пока поршень
не дойдет до верхнего положения. При его
движении под ним создается вакуум и песок
засасывается внутрь желонки.
Применяют
также автоматические желонки, которые
работают за счет резкого перепада давления
в рабочей полости желонки.
Иногда
песчаные пробки разбуривают при помощи
беструб-ного гидробура, который спускают в
скважину на стальном канате.
Гидробур
(рис. 9.26, а) состоит из долота 6 ударного
типа для разрушения пробки, желонки 5,
плунжерного насоса 1 для циркуляции
жидкости в зоне удаления пробки.
Принцип
действия гидробура следующий. После упора
инструмента на забой плунжер насоса 2
под действием собственного веса и силы
инерции двигается вниз, вытесняя жидкость
из корпуса 3 через отверстия клапана 4.
При подъеме инструмента (рис. 9.26, б)
плунжер перемещается вверх, в результате
чего жидкость всасывается из корпуса
желонки 8 через клапан 9. При этом в
желонку через трубу 7 всасывается
жидкость с частицами песка, которые после
выхода из трубы 7
Рис.
9.25. Поршневая же- Рис. 9.26. Схема работы
беструбного гидро-лонка бур
а
оседают на дне желонки. Для удаления
песка из желонки на поверхности необходимо
снять долото.
Способы очистки скважин от
песчаных пробок желонками и гидробурами
малоэффективны и применяются для
неглубоких скважин при небольшой мощности
пробок.
Более рационален способ очистки
скважины от песчаных пробок промывкой их
водой, нефтью или другой промывочной
жидкостью.
В скважину до пробки спускают
промывочные трубы. Че р ез эти трубы или в
затрубное пространство прокачивают под
давлением жидкость. Под действием
гидромониторного эффекта струи пробка
размывается и песок со струей жидкости
поднимается по затрубному пространству
(или по трубам) на поверхность. По мере
вымывания пробки промывочные трубы
спускают на полную длину трубы. После
размыва пробки скважину промывают до
относительно чистой жидкости, выходящей из
скважины.
Способы промывки
подразделяются на прямые, обратные и
комбинированные в зависимости от
направления ввода жидкости в
скважину.
Выбор промывочной жидкости
зависит от геологоэксплуатационной
характеристики продуктивного пласта.
Наиболее удобный промывочный агент — вода.
Однако во многих случаях ее использование
может осложнить освоение и эксплуатацию
скважины. Иногда применяют нефть и реже
промывочную жидкость (при промывках
скважин с высоким пластовым давлением). При
сильных поглощениях промывочной жидкости
используют аэрированную жидкость.
При
проведении промывки устье скважины
обвязывают специальной арматурой. Для
промывки скважин применяют буровые насосы
или передвижные насосные агрегаты УК-100×200 и
АзИНМАШ-32М.
Приведем гидравлический
расчет промывки песчаных пробок, который
состоит в определении продолжительности
промывки, потерь напора, давления на выкиде
промывочного насоса, затрачиваемой
мощности.
При промывке скорость
выходящего потока
жидкости должна быть больше
скорости свободного
падения наиболее
круп
ных частиц песка в этой
жидкости.
Скорость подъема размытого
песка
»п = Vв — w,
где
vв — скорость восходящего потока
жидкости; w — скорость падения наиболее
крупных частиц в жидкости:
Диаметр
частиц песка, мм…………………………….0,3
0,25 0,2 0,1
0,01
Скорость падения частиц
песка, см/с 3,12 2,53
1,95 0,65
0,007
Время, необходимое для
подъема размытой песчаной пробки с глубины
Н,
t = H/vn.
Допускаемые
глубины промывки определяются в
зависимости от давления на выкиде
промывочного насоса, которое должно быть
достаточным для преодоления всех
гидравлических сопротивлений.
Общее
гидравлическое сопротивление как при
прямой, так и при обратной
промывке
Кбщ = h1 + h2 +
h3 + h4,
где hj —
сопротивление при движении нисходящего
потока жидкости; h2 — сопротивление при
движении восходящего потока жидкости;
h3 — потеря напора для уравновешивания
разности удельных весов жидкости в трубах и
затрубном пространстве; h4 — потери
напора в вертлюге и шланге.
Прямая
промывка водой. Гидравлическое
сопротивление при движении жидкости внутри
НКТ
h=x
dв 2g
где X —
коэффициент гидравлического
сопротивления:
Номинальный диаметр
НКТ, мм 48 60 73
89 102
114
X…………………………………………………………………………..0,04
0,037 0,035 0,034 0,033
0,032
Н — глубина скважины;
dв — внутренний диаметр НКТ, м;
vн -скорость исходящего потока
жидкости, м/с; g — ускорение свободного
падения, м/с2.
Гидравлическое
сопротивление при движении смеси жидкости
с песком в кольцевом пространстве
скважины
н
h2 =
фХ-
D — dH 2g
где ф —
коэффициент, учитывающий повышение
гидравлического сопротивления от
содержания песка в жидкости, равный 1,1-1,2; X —
коэффициент гидравлического сопротивления
при движении воды в кольцевом пространстве
(определяется по диаметру труб,
эквивалентному разности диаметров D и
ds); D — внутренний диаметр обсадной
колонны, м; d^ — наружный диаметр НКТ, м;
»в — скорость восходящего потока
жидкости в кольцевом
пространстве.
Добавочный напор из-за
разности статических напоров в НКТ и
затрубном пространстве (ввиду наличия
песка)
^ = (1
m)l f
где m —
объем пустот между частицами песка в
жидкости, рав-
P & )
ж! 1_wI_1
ный 0,3-0,45; F —
площадь сечения обсадной колонны, м2;
l -высота промывочной пробки по длине
одной трубы, м; f -площадь сечения
кольцевого пространства при прямой
промывке и сечения НКТ при обратной,
м2; рп — плотность кварцевого
песка, равная 2,65-2,7 т/м3; р — плотность
промывочной жидкости; v„ — скорость
восходящего потока, м/с.
Потери напора в
шланге и вертлюге h4 (с
патрубком 60 мм) при промывке водой
следующие:
Расход воды, л/с. 345
67 89
10
h4, МПа………………..0,04
0,08 0,15 0,17
0,22 0,25 0,36
0,5
Гидравлическое сопротивление в
нагнетательной линии от насоса до шланга
определяется аналогично сопротивлению в
НКТ (при коротких линиях этим значением
пренебрегаем).
Давление на выкиде насоса
зависит от суммы гидравлических
сопротивлений
рн = ho64/10g = (h + h2
+ h3 + h4)/ 10g, МПа.
Давление на забой
скважины
рзаб = (Н + h2 + h3^/10g,
МПа.
Мощность, необходимая для промывки
песчаной пробки:
N _ ^бщОрж
75Па ’
где Q —
производительность насоса, л/с; рж —
плотность жидкости, т/м3; па —
общий механический КПД промывочного
агрегата.
Максимальная мощность
промывочного агрегата К = N-100/Nmax,
%.
Обратная промывка водой.
Гидравлическое сопротивление при движении
жидкости в затрубном
пространстве
h_ р- H v
н
D — d-н 2g
Гидравлическое
сопротивление при движении смеси жидкости
с песком внутри насосно-компрессорных
труб
и н ув h2 _
фрНТ2—
dв
2g
Гидравлическое сопротивление в
шланге и вертлюге при обратной промывке
обычно отсутствует.
Гидравлическое
сопротивление в нагнетательной линии будет
таким же, как и при прямой промывке.
Дальнейшие расчеты давления на выкиде
насоса и на забой скважины, необходимой
мощности, процента использования
максимальной мощности, скорости и
продолжительности подъема размытого песка
ведутся аналогично расчетам для прямой
промывки.
Гидравлический расчет
промывки песчаных пробок нефтью аналогичен
расчету промывки пробок водой, но
вследствие более высокой вязкости нефти
улучшаются показатели промывки — требуется
меньше времени и обеспечивается большее
использование мощности промывочного
агрегата.
9.4. Капитальный
ремонт скважин
Капитальный ремонт
скважин проводится в соответствии с
планом-заказом (табл. 9.15) и в указанной
последовательности (рис. 9.27) [13]). В табл. 9.16 и
9.17 приведены типовые табели технического
оснащения бригады и цеха капитального
ремонта скважин [13].
Капитальный ремонт
скважин предполагает обследование и
исследование скважин.
Обследование
скважины — это работы по определению
глубины забоя, состояния эксплуатационной
колонны, местонахождения и состояния
аварийного подземного оборудования и
др.
Исследование скважин — комплекс
работ по: установлению интенсивности
притока жидкости из пласта в скважину;
определению места поступления воды,
притока жидкостей и газов через нарушения в
эксплуатационной колонне; отбору глубинных
проб нефти; измерению давлений и температур
по стволу скважины, глубины и колебаний
уровней; контролю за техническим
состоянием обсадной колонны и цементного
кольца и др.
Обследование скважины с
помощью печатей (плоских, конусных и
универсальных) начинают с проверки
состояния эксплуатационной колонны,
оставшейся в скважине НКТ, насосов, штанг и
других предметов.
Печать представляет
собой металлический корпус, покрытый
свинцовой оболочкой толщиной 8-10 мм, меньше
диаметра колонны на 10-12 мм. Вместо свинцовой
оболочки иногда используют сплав АС,
состоящий из 98 % алюминия и 2 % сурьмы — для
универсальной печати.
Рис.
9.27. Последовательность выполнения работ
при капитальном ремонте
скважин
СОГЛАСОВАНО ГЛАВНЫЙ
ГЕОЛОГ
УТВЕРЖДАЮ ГЛАВНЫЙ
ИНЖЕНЕР
ПЛАН-ЗАКАЗ НА ПРОИЗВОДСТВО
КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА СКВАЖИНЫ
<________
Месторождение _ площадь, залежь
_
ЦДНГ, ЦППД _ ЦПНС и КРС _
ОСНОВНЫЕ
ГЕОЛОГО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ПО
СКВАЖИНЕ
Категория скважины _Способ
эксплуатации _
Дебит жидкости
(приемистость) _ т/сут
(м3/сут)
Обводненность жидкости _ %
Плотность воды_ г/см3
Наличие
сероводорода _ Пластовое давление _
МПа,
определено » «_
г. Искусственный забой _ м
Текущий забой
_м. Состояние забоя_
Глубина нарушения
эксплуатационной колонны _
Направление |
Диаметр мм, длина м Закреплено цементом в |
Кондуктор |
Диаметр м Закреплен цементом в |
Эксплуатационная колонна |
Диаметр мм, длина м Закреплена цементом в |
Техническая колонна |
Диаметр мм, длина м Закреплена цементом в |
Дополнительная эксплуатационная |
Диаметр Спущена в интервал мм Закреплена в интервалах м |
Диаметр ствола скважины (долота):
под кондуктор _ мм
под эксплуатационную
колонну _мм
ДАННЫЕ О ПЕРФОРАЦИИ
Интервалы |
Тип |
Плотность |
Горизонт, ярус, подъярус |
Пласт |
|
верх |
низ |
||||
П р о до л
ж е н и е т а б л . 9.15 Ранее проведенные работы
по КРС (цель, дата проведения, что
сделано):
Ранее проведенные промысловые
и геофизические исследования на скважине
(вид исследования, дата проведения,
результаты исследований):
ЦЕЛЬ
РЕМОНТА
По окончании ремонта установить
на глубине _ м
оборудование
на
___ мм
Старший инженер
ЦДНГ, ЦППД Старший геолог ЦдНг, ЦППД
Т а б
л и ц а 9.16
Типовой табель технического
оснащения бригады капитального ремонта
скважин
Технологический инструмент и |
Шифр |
Еди ница изме рения |
Количество на одну бригаду |
Элеваторы для бурильных |
ЭЗН, ЭТАД |
||
труб диаметром: |
|||
73 мм |
Шт. |
2 |
|
114 Элеваторы трубные для труб |
ЭТА, ЭТ, ЭТАР, ЭЗН |
2 |
|
60 мм |
и 80 т) |
“ |
2 |
73 мм |
“ |
2 |
|
89 мм Элеваторы трубные вспомо |
ЭХЛ, ЭТАД |
2 |
|
гательные (двухштропные) |
|||
60 мм |
“ |
1 |
|
73 |
“ |
1 |
|
89 мм |
“ |
1 |
|
Элеваторы штанговые грузо |
ЭШН-10 |
“ |
2 |
подъемностью 10 т |
|||
60 мм |
— |
“ |
2 |
73 мм |
— |
“ |
2 |
89 |
— |
2 |
Технологический инструмент и |
Шифр |
Еди ница изме рения |
Количество на одну бригаду |
Ключи стопорные для работы с 60 мм |
КСМ |
2 |
|
73 мм |
2 |
||
89 мм |
2 |
||
Ключи трубные |
КГД, |
2 |
|
Ключи трубные шарнирные |
КТНД |
3 |
|
Ключи трубные цепные |
КЦН, |
3 |
|
Ключи штанговые для работы с |
КШ или КШН |
2 (каждого |
|
АШК Безопасный |
КШК |
типоразмера) 1 |
|
Ключи для фонтанной армату |
КШК |
5 |
|
ры Штропы |
ШЭ, |
Пара |
1 |
Плашки к автомату АПР |
ШЭН, 50 и 80 т |
Шт. |
3 |
(КМУ) для труб |
3 |
||
2” |
— |
6 |
|
2,5” |
— |
6 |
|
Клиновая подвеска к: АПР |
— |
2 |
|
АПР 3” |
— |
2 |
|
КМУ (1,5”-2,5”) |
— |
2 |
|
Гидроротор |
— |
1 |
|
Строп канатный вспомогатель |
— |
1 |
|
ны й Крючок |
— |
3 |
|
Фланец-воронка для направ |
— |
1 |
|
ления труб при спуске их в скважину Направляющая воронка для |
“ |
1 |
|
спуска насосных штанг Вилка для |
— |
“ |
1 (каждого |
диаметром 60, 73, 89 мм Юбка для |
— |
“ |
типоразмера) 1 |
брызгивания промывочной жидкости Приспособление для быстро |
“ |
1 |
|
разъемного соединения бурового |
“ |
1 |
|
ки скважин Приспособление для откиды |
— |
“ |
1 |
вания головки балансира Крючок для подвески и |
“ |
1 |
|
вания штропов на Зажим для захвата |
“ |
1 |
|
ванного штока |
Еди |
|||
Технологический |
Шифр |
ница |
Количество на |
приспособления |
изме рения |
одну |
|
Шланг для |
Шт. |
1 |
|
скважину |
|||
Переводник с быстроразъем |
— |
“ |
2 |
ным |
типоразмера) |
||
Хомуты |
— |
“ |
5 |
вижного конца талевого каната |
|||
Хомут-элеватор для ЭПН (на |
— |
“ |
2 |
каждый размер |
типоразмера) |
||
Сухари |
— |
“ |
|
КТГУ |
— |
“ |
20 |
КТДУ |
— |
“ |
2 |
КСМ |
— |
“ |
2 |
Помазок для |
“ |
1 |
|
бы труб |
|||
Штанга метровая |
ВП-50, |
“ |
1 |
Штанга посадочная |
4ВП-50, ВПГ-3 |
“ |
1 |
Промывочный комплекс: |
Комп лекс |
1 |
|
вертлюг |
|||
сальник |
|||
шланг для промывки |
|||
емкости, желобная |
УГУ |
||
Трубы |
— |
“ |
1 |
диаметром 73, 89 мм |
|||
Универсальное |
КН |
“ |
1 |
щее |
|||
Обратный клапан |
— |
Шт. |
1 |
Крюк штанговый |
— |
1 |
|
Цепь для |
— |
“ |
1 |
Клапан для опрессовки НКТ |
— |
“ |
1 |
Цепи запасные к ключам КЦН, |
— |
“ |
3 |
КЦО |
|||
Автокабеленаматыватель |
УНРКТ-2Н |
“ |
1 |
Агрегат подъемный с |
УПТ-1-50, А/50, |
“ |
1 |
том оборудования |
“Бакинец-3М” |
||
Автомат для свинчивания и |
АПР-2ВБ, АПР- |
“ |
1 |
развинчивания |
ГП, КМУ-50, |
||
рессорных и |
КМУ-ГП-50 |
||
Патрубок |
АШК-Т, |
“ |
2 |
диаметром 60, 73, |
АШК-М |
типоразмера) |
|
Автомат |
— |
“ |
1 |
ния и развинчивания штанг |
|||
Индикаторы |
— |
“ |
1 |
Шаблоны для НКТ |
— |
“ |
2 (каждого |
60, 73, 89 мм |
типоразмера) |
||
Щетка |
— |
“ |
2 |
Лоток для выведения труб на |
— |
“ |
1 |
мостки |
|||
Тележка для выведения |
— |
“ |
1 |
мостки |
|||
Подставка для труб (козелок) |
— |
“ |
1 |
Строп для монтажа и демонта |
— |
1 |
|
жа АПР-2 или КМУ |
П р о д о л |
ж е н и е т а б л. |
9. 1 6 |
|
Еди |
|||
Технологический инструмент и |
Шифр |
ница |
Количество на |
приспособления |
изме рения |
одну бригаду |
|
Ролик подвесной для УЭЦН |
— |
Шт. |
1 |
Экранирующие колпаки |
2 (при |
||
Емкости |
В |
||
Переводники трубные |
3 (каждого типоразмера) |
||
Вилки подкладные для |
АПР-2-14. 000 сб., |
1 |
|
Вспомогательный |
инструмент и |
||
Кувалда металлическая |
— |
Шт. |
1 |
Кувалда омедненная |
— |
“ |
2 |
Ключи гаечные омедненные |
Комп лект |
1 |
|
Молоток омедненный |
— |
Шт. |
2 |
Монтировка |
— |
3 |
|
Секач |
— |
1 |
|
Метр складной |
— |
1 |
|
Рулетка |
— |
1 |
|
Уровень |
— |
1 |
|
Слесарный инструмент1 |
Комп лект |
1 |
|
Тиски параллельные |
— |
Шт. |
1 |
Машинка для ремонта цепей |
— |
1 |
|
Манометр |
— |
1 |
|
Ареометр |
— |
1 |
|
Секундомер |
— |
1 |
|
Электрощит |
— |
1 |
|
Индикатор напряжения |
— |
1 |
|
Мегомметр |
— |
1 |
|
Щипцы специальные |
1 |
||
Подставка для |
— |
“ |
5-7 |
Поддон к |
— |
“ |
1 |
Бытовое оборудование, |
|||
Бытовой передвижной |
— |
Шт. |
1 |
Инструментальная будка |
— |
“ |
1 |
Щетка для очистки и мойки рабочей |
2 |
П р о д |
ж е н и е т а б л. |
9. 1 6 |
|
Еди- |
|||
Технологический инструмент и |
Шифр |
ница |
Количество на |
приспособления |
изме рения |
одну бригаду |
|
Пила поперечная |
— |
Шт. |
1 |
Топор |
— |
“ |
2 |
Гвоздодер |
— |
“ |
1 |
Лопата совковая |
— |
“ |
2 |
Лопата штыковая |
— |
“ |
2 |
Лом |
— |
“ |
3 |
Каска защитная с |
— |
“ |
1 (на каждого |
ником |
члена бригады) |
||
Пояс |
— |
2 |
|
Перчатки |
— |
2 |
|
Подставка |
— |
2 |
|
Очки защитные |
— |
“ |
4 |
Аптечка медицинская |
— |
“ |
1 |
Спецодежда дежурная |
Комп лект |
2 |
|
Противогаз фильтрующий |
1 (на каждого члена |
||
Термосы для |
— |
Шт. |
3 |
Бачок с фонтанчиком для пить |
— |
1 |
|
евой воды |
|||
Кружка |
— |
“ |
5 |
Ведро |
— |
“ |
3 |
Умывальник |
— |
“ |
1 |
Электроплита |
— |
“ |
1 |
Электрообогреватель масляный |
— |
“ |
1 |
взрывозащитный |
|||
1 кВт) для обогрева культбудки |
|||
Плафоны |
ВЗГ |
“ |
3 |
Плакаты по технике безопас |
— |
Комп |
1 |
ности |
лект |
||
Таблички |
Необходимое количество |
||
Флажки красные предупреж |
— |
“ |
1 |
дающие |
|||
Противопожарный инвентарь |
— |
“ |
1 |
Прожектор |
ПЭС-35, ПЭС-45 |
Шт. |
4 |
Аварийное освещение |
— |
“ |
2 |
муляторные |
|||
Электрокабель для подключе |
— |
м |
120 |
ния культбудки, инструмен |
|||
тальной будки, управления |
|||
АПР или КМУ |
|||
Стойка для |
— |
Шт. |
5 |
электрокабеля |
|||
Приспособление для электро |
— |
3 |
|
заземления |
|||
Электростанция |
ПЭС-15, ДЭУ-10, |
1 |
Технологический инструмент и |
Шифр |
Еди ница изме рения |
Количество на одну бригаду |
Радиостанция3 |
Шт. |
1 |
|
Смазка для НКТ: солидол паронит |
Заказывается и |
||
Прокладки разные |
— |
” |
5 |
Канат пеньковый |
— |
м |
20 |
Столик инструментальный |
— |
Шт. |
1 |
1В набор слесарного |
|||
22×27, 27×32, 32×36, |
|||
2При отсутствии электросети и в |
Т а б л и ц
а 9.17
Типовой табель технического
оснащения цеха капитального ремонта
скважин
Наименование |
Шифр |
Еди ница изме рения |
Количество на 10 бригад |
Блок талевый |
БТ-4-50, |
Шт. |
10 |
Крюк трубный |
25 КП-50, КП-25 |
“ |
10 |
Вертлюг |
ВЭ-50, |
“ |
5-10 |
Ведущая труба |
3″ или 4″ |
“ |
4-6 |
Универсальные |
УМК |
“ |
2-4 |
ключи Приспособление для регули |
— |
“ |
2-4 |
рования высоты подвески |
“ |
10 |
|
ротора Приспособление со сменными |
— |
“ |
6-10 |
концами для подтаскивания |
“ |
5-10 |
|
разъемным |
— |
“ |
4-6 |
трубы Переводники с НКТ на бури |
— |
“ |
1 |
льные трубы и Печать |
ПУ2-102, |
5-20 (каждого |
|
использования в колонне |
146, ПУ2-168 |
типоразмера) |
Наименование |
Шифр |
Еди ница изме рения |
Количество |
Превентор |
ППР-180х21 |
Шт. |
5-10 |
Превентор плашечный |
ПП-180х35, |
5-10 |
|
Превентор универсальный |
ПУ1-180х35К2 |
5-7 |
|
Элеваторы трубные для труб |
ЭГА, ЭТ, ЭТАР, |
6-10 (каждого |
|
Элеваторы |
ЭБ |
6-10 (каждого |
|
Элеваторы |
ЭХЛ, |
6-10 (каждого |
|
Ключи |
КТГУ |
6-1 0 |
|
Ключи стопорные для работы с АПР-2ВБ |
КСМ |
6-1 0 |
|
Ключи трубные для труб |
КТДУ |
6-10 |
|
Ключи трубные цепные |
КЦН2 |
2-4 |
|
Ключи гидравлические |
КГП |
6-10 |
|
Шланг промывочный (буровой рукав) Шланг гофрированный |
— |
2-4 |
|
— |
2-4 |
||
Патрубок |
5-10 (каждого |
||
Патрубок |
5-10 (каждого |
||
Шаблоны |
5-10 (каждого типоразмера) |
||
Головка для обратной |
ЦИСОН |
5-10 |
|
Пакер |
ПШУ-6,6/8″, ПШ-5-500 |
8-10 |
|
Самоуплотняющийся гидравлический |
ППТК-146-500, ППГМ |
10 |
|
Пакер |
— |
“ |
3 |
Пакер для изоляционных работ |
— |
“ |
3 |
Пакер неизвлекаемый |
— |
“ |
3 |
Переводники штанговые |
— |
“ |
50-100 |
Переводники трубные |
— |
“ |
100-200 |
Пакер для перекрытия дефекта |
3 |
||
Пакер для |
3 |
||
Головка |
— |
“ |
5-10 |
Вырезающее устройство |
УВУ-146, |
2 |
Еди |
|||
Наименование |
Шифр |
ница |
Количество на |
изме рения |
10 бригад |
||
Устройство для герметизации |
— |
Шт. |
3 |
устья скважины (ВНИИБТ) |
|||
Дроссель |
ДР-80х35, ДР-80Гх3Г, |
4-6 |
|
Манифольд |
МПБ2-80х35, МПБ2-80х35К2 |
5-7 |
|
Двигатель забойный винтовой |
Д-85, Д1-54 |
“ |
4-6 |
Магнит для очистки |
— |
“ |
5-10 |
скважины от |
|||
Манжет для головки обратной |
— |
“ |
1 |
типоразмера) |
|||
Ролик оттяжной грузо |
— |
“ |
|
подъемностью 8 т |
|||
Замки к бурильным |
|||
правые |
ЗН-95, ЗН-108 |
“ |
2-5 на цех |
левые |
ЗН-95, ЗН-108 |
“ |
100 на цех |
Желонка |
— |
“ |
|
Труболовка |
ТНЗ-114, ТНЗ-146, |
“ |
4-6 |
Труболовка наружная освобож |
ТНО-116-73, |
“ |
6-10 (каждого |
дающаяся |
ТНО-136-89 |
типоразмера) |
|
ствия |
|||
Труболовка внутренняя для |
ТВ48-80, ТВ60- |
“ |
6-10 (каждого |
ловли |
80, |
типоразмера) |
|
ся (правая, |
ТВ89-100, ТВ14- |
||
130 |
|||
Труболовка внутренняя |
ТВМ-60-1, ТВМ- |
“ |
6-10 (каждого |
бождающаяся торцевая меха |
73-1, ТВМ-89-1, |
типоразмера) |
|
нического действия для ловли |
ТВМ-114-1, |
||
НКТ (правая, левая) |
ТВМ-114-2, |
||
ТВМ-50-2-108, ТВМ-73-1-2, ТВМ-73-2-108, ТВМ-73-2-118, ТВМ-73-2-138, ТВМ-89-2-134 |
|||
Т руболовка |
ТВГ73-2-138, |
“ |
6-10 |
гидравлического действия |
ТВГ73-2-115, ТВГ89-2-115, ТВГ89-2-134, ТВГ114-1-132 |
типоразмера) |
|
Колокол |
К58-40, К70-58, |
“ |
6-10 |
бурильных труб |
К70-52, К85-64 |
типоразмера) |
|
114 мм (правая, левая) |
КС85-68, КС100- |
“ |
4-6 |
79, КС 115-94, |
типоразмера) |
||
Гидродомкрат |
1ГД-100, 2ГД-200, 3ГД-300 |
1 |
|
Ротор |
Р-36 |
“ |
2 на цех |
Ротор |
Р-560 |
“ |
2-4 |
Установка |
УРК-50 |
Секция |
15-30 |
Наименование |
Шифр |
Еди ница изме рения |
Количество на 10 бригад |
Забойный винтовой двигатель |
Д-85, Д-54 |
— |
— |
Метчики |
МЭС 12 типо |
Шт. |
4-6 (каждого |
специальные для ловли НКТ |
размеров |
типоразмера) |
|
Метчики ловильные для бури |
МБУ-32-93, |
“ |
4-6 (каждого |
льных |
МБУ-58-94, МСЗ-62, |
типоразмера) |
|
МСЗ-72, МСЗ-88 |
“ |
5 |
|
Метчик калибровочный освобожденный |
МКО-4 |
||
Метчики универсальные для ловли НКТ |
МЭУ36-60, 4680, 69-100, |
6-18 |
|
Колокол для ловли НКТ и бурильных труб |
К58-40, К70-58 |
6-1 6 |
|
Ловители комбинированные для |
ЛКШ-114 |
5-16 |
|
Шлипс |
— |
“ |
16-12 |
Фрезер |
ФМ88, ФМ103, ФМ118, |
||
Фрезеры скважинные типа ФЗ для труб |
ФЗ 12 |
40 |
|
Фрезеры |
ФП 10 |
4-10 |
|
Паук |
6-10 (каждого типоразмера) |
||
Ерш |
— |
“ |
6-10 |
Удочка |
УОП-1-146, УОП-1-168 |
4-8 |
|
Удочка однорогая |
УОШ1-1, УОШ1-146 |
4-8 |
|
Канаторезка |
КР19-146 |
“ |
7-12 |
Вилка двурогая |
ВД-1 |
“ |
4-9 |
Шаблоны для обсадных труб |
— |
“ |
18-25 |
Фрезеры-райберы для |
ФРЛ |
4-1 |
|
Фрезеры колонные |
ФКК |
3-15 |
|
пикообразные |
— |
“ |
15-20 |
эксцентричные |
— |
“ |
10-15 |
трехшарошечные |
— |
“ |
20-30 |
РХ |
— |
“ |
15-20 |
Приспособление |
6-10 |
||
Устройство для установки пластырей в |
ДОРН |
Комп лект |
3-4 |
правые |
73×9, 93×9 |
“ |
3 |
левые |
73×9, 93×9 |
“ |
3 |
Наименование |
Шифр |
Еди ница изме рения |
Количество |
Трубы правые левые Насосы Глиномешалки Отклонители для Сварочный пост Передвижной Типоразмеры применяемых 2В указанных |
73х9, 93х9 73х9, 93х9 труболовок выби личество комплект ся |
Комп лект Шт. Комп лект раются в ов бури от конкр |
2 2 2 на цех 2-3 2-3 2 3 зависимости от льных труб |
Печать
спускают на трубах, НКТ или бурильных
трубах и по отпечатку на печати судят о
состоянии верхнего конца аварийного
оборудования, а также о состоянии стенки
эксплуатационной колонны на участке
нарушений, смятий, трещин и т.п.
Однако
наличие дефектов в резьбе, продольных
трещин в колонне печатью обнаружить
невозможно. Для этого необходимо провести
опрессовку колонны, которая проводится
после установки пакера.
К числу работ
капитального ремонта относятся работы по
созданию каналов связи ствола скважины с
пластом. Для этого применяют перфорацию
(кумулятивную, пулевую, торпедную) обсадных
колонн, а также
гидропескоструйную.
Кумулятивный
перфоратор. Кумулятивный заряд
представляет собой шашку взрывчатого
вещества, имеющую выемку, расположенную со
стороны, противоположной месту детонации
взрыва. Газы, образующиеся при взрыве
такого заряда, движутся от поверхности
выемки и встречаются на оси заряда, образуя
мощную струю. Встречая на своем пути
какую-либо преграду, эта струя выбивает в
ней лунку глубиной, приблизительно равной
диаметру заряда (рис. 9.28, а). Если выемку в
кумулятивном заряде облицевать тонким
слоем металла и поместить заряд на
некотором расстоянии от преграды, то
пробивное действие кумулятивного заряда
резко усилится (рис. 9.28, •).
Рис.
9.28. Действие кумулятивного заряда:
а
— без облицовки; • — с металлической
облицовкой
Образующаяся при взрыве
кумулятивного заряда металлическая струя
движется по оси заряда с большой скоростью,
достигающей 8000 м/с. При встрече с преградой
она создает давление до 30 000 МН/м2, чем
и достигается ее большая пробивная
сила.
Кумулятивные перфораторы
применяются корпусные и бес-корпусные.
Корпусные перфораторы имеют герметически
закрытый корпус, в котором помещаются
группы зарядов. Такие перфораторы, так же
как пулевые и снарядные, могут быть
использованы многократно. В бескорпусных
перфораторах каждый заряд закупоривается
отдельно в индивидуальную герметическую
оболочку, разрушающуюся при взрыве.
В
кумулятивных перфораторах обеих
конструкций заряды взрываются при помощи
детонирующего шнура, а шнур в свою очередь
взрывается от электродетонатора,
присоединенного к кабелю, на котором
перфоратор опускают в
скважину.
Кумулятивный перфоратор
собирается в гирлянду общей длиной до 10 м с
числом зарядов до ста и более.
Пулевой
перфоратор бывает селективный (выстрелы
пулей проводятся поочередно) и залповый
(одновременные выстрелы из группы стволов)
(рис. 9.29). Применяют пули диаметром 11-12,7 мм.
Диаметр перфоратора 65, 80, 98 мм.
Торпедный
перфоратор отличается от пулевого тем, что
заряжается не пулями, а снарядами
замедленного действия. Снаряд торпедного
перфоратора, пробив колонну и цементное
кольцо, проникает на некоторую глубину в
пласт и здесь разрывается, в результате
чего в призабойной зоне скважины создаются
каверны и трещины. На промыслах применяются
торпедные перфораторы Колодяжного ТПК-22 и
ТПК-32 (с диаметром снарядов 22 и 32 мм).
При
выборе способа перфорации руководствуются
следующими положениями. Пули и снаряды,
пробивая обсадную колонну, сильно
деформируют ее и вызывают образование
трещин в колонне и цементном
камне.
Кумулятивная перфорация
характеризуется
большой
пробивной способностью в твердых
и
плотных преградах и не вызывает
повреждений обсадных колонн и цементного
кольца. Поэтому кумулятивную перфорацию
целесообразно применять при твердых
породах, снарядную — при относительно
плотных и малопроницаемых породах, а
пулевую перфорацию при неплотных породах и
слабосцементированных
песчаниках.
Торпедирование — взрывание
зарядов взрывчатого вещества в скважинах
для очистки призабойной зоны от
посторонних предметов и улучшения притока
нефти или газа на забое
скважины.
Дефекты в эксплуатационной
колонне обычно ликвидируют путем спуска
дополнительной колонны в
случае:
невозможности ликвидации
дефекта путем цементирования;
наличия
нескольких дефектов на разных
глубинах;
возможности спуска
дополнительной обсадной колонны ниже места
слома основной эксплуатационной
колонны.
Дополнительные колонны
спускают внутрь основной обсадной колонны
с установок ее башмака ниже дефекта (выше
эксплуатационного объекта или на забое).
Иногда спускаемая колонна является
промежуточной, т.е. перекрывает только
интервал ствола с дефектом. Дополнительная
колонна спускается в скважину с пакером или
с последующим ее цементированием.
Если
по техническим причинам не удается
восстановить ствол скважины до забоя, то
проводят операции по зарезке и бурению
второго ствола, которые заключаются в
следующем: обследование состояния
скважины; цементирование колонны и
устанавление отклонителя на нужной
глубине;
вскрывание окна в обсадной
колонне; забуривание второго ствола (до
нужной глубины);
проведение комплекса
электрометрических работ;
спускание
колонны с последующим цементированием и
опрессовкой;
перфорирование колонны в
зоне продуктивного
горизонта.
Отклонитель — инструмент в
виде плоского или желобообразного клина,
спускаемый в скважину на бурильных трубах
или кабеле. Предназначен для обеспечения
необходимого отклонения райберов при
вскрытии окна в колонне и бурового
инструмента при бурении второго
ствола.
Райбер-фрезер скоростного
резания типа РПМ предназначен для вскрытия
окна в колоннах диаметром 146-273 мм. Вскрытие
окна производят роторным способом
последовательно набором трех райберов.
После вскрытия окна бурение второго ствола
проводят обычным порядком.
Все скважины,
пробуренные для разведки и разработки
месторождений нефти и газа, при ликвидации
и списании затрат делятся на шесть
категорий:
1. Поисковые и разведочные
скважины (а также опорные и
параметрические), выполнившие свое
назначение и оказавшиеся сухими или
водяными, не доведенными до проектной
отметки, а также скважины с притоком нефти
или газа промышленного значения.
2.
Эксплуатационные скважины, оказавшиеся
сухими или водяными, а также оценочные,
выполнившие свое назначение.
3. Скважины,
подлежащие ликвидации по техническим
причинам вследствие некачественной
проводки, аварии в процессе бурения,
испытания и эксплуатации, а также скважины,
пробуренные для глушения открытых
фонтанов.
4. Скважины основных
фондов предприятия, после обводнения сверх
предела по проекту разработки, снижения
дебитов нефти и газа до предела
рентабельности, при прекращении
приемистости нагнетательных скважин.
5.
Скважины в запретных зонах (полигоны,
промышленные предприятия, населенные
пункты), скважины, ликвидируемые после
стихийных бедствий (землетрясения, оползни
и т.д.) или вследствие причин геологического
характера.
6.
Законсервированные скважины в
ожидании организации промысла (свыше 10 лет);
скважины, использование которых невозможно
из-за несоответствия условиям эксплуатации
-конструкции, диаметра и коррозиестойкости
обсадной колонны и ее цементирования.
На
каждую скважину, подлежащую ликвидации,
должен быть составлен план проведения
работ по оборудованию устья и ствола
скважины, согласованный с территориальным
округом
Госгортехнадзора, а также
военизированной частью (отрядом) по
предупреждению и ликвидации газовых и
нефтяных фонтанов и утвержденный
руководством объединения.
В
ликвидируемых скважинах в определенном
порядке должны быть установлены цементные
мосты и надлежащим образом оборудовано
устье скважины. Основой ликвидации
является заполнение ствола скважины землей
или жидкостью плотностью, позволяющей
создать на забое давление на 15 % более
пластового (при отсутствии поглощения).
Места расположения цементных мостов
высотой 50-100 м определяются в зависимости от
причин ликвидации скважины и отражаются в
соответствующих инструкциях.
При
ликвидации скважин, в которых вскрыты
нефтегазоводопроявляющие пласты не
разрешается демонтировать колонные
головки.
При этом заглушки должны быть
рассчитаны на давление опрессовки
колонны.
После завершения работ по
ликвидации скважины геологическая служба
организации-исполнителя обязана составить
справку, в которой должны быть отражены
фактическое положение цементных мостов и
результаты их испытаний, параметры
жидкости в стволе, оборудование устья
скважины, наличие и состав незамерзающей
жидкости в приустьевой части ствола
скважины (где это
необходимо).
Ремонтно-изоляционные
работы при капитальном ремонте скважин
проводят для перекрытия путей движения
посторонних вод к эксплуатационному
объекту. При эксплуатации нефтяных
месторождений посторонняя вода может
поступать в период освоения скважины или в
процессе эксплуатации. Причиной прорыва
посторонних вод являются: некачественное
цементирование обсадной колонны в процессе
бурения;
разрушение цементного кольца в
затрубном пространстве или цементного
стакана на забое скважины;
наличие в
теле колонны слома, трещин, раковин; наличие
соседней обводненной скважины.
При
капитальном ремонте исправляют
повреждения обсадных колонн и изолируют
пути движения в скважину верхних, нижних,
подошвенных и пластовых вод.
Изоляцию
верхней воды, поступающей через нарушение
обсадной колонны, проводят:
заливкой
цементным раствором на водной основе через
нарушение в колонне под давлением с
последующим разбурива-нием цементного
кольца;
заливкой цементным раствором с
последующим вымыванием его
излишков;
спуском дополнительной
колонны и ее цементированием; спуском
специальных пакеров.
Изоляцию верхней
воды, поступающей через отверстия фильтра,
осуществляют:
заливкой цементным
раствором через отверстие фильтра с
последующим разбуриванием цементного
кольца или вымыванием излишков цементного
раствора;
заливкой нефтецементным
раствором через отверстия фильтра с
последующим вымыванием излишков
раствора.
Для изоляции верхних вод через
нарушение в колонне закачивают под
давлением цементный раствор.
Предварительно отверстия фильтра
затрамбовывают песком, и, если необходимо,
создают цементный стакан под насыпной
пробкой ниже дефекта в колонне.
После
затвердения раствора колонну испытывают на
герметичность опрессовкой, а затем
разбуривают цементный стакан и песчаную
пробку с промывкой скважины до
забоя.
При наличии в колонне нескольких
дефектов ремонт их проводят в таком же
порядке, начиная сверху.
Верхнюю воду,
поступающую через отверстия фильтра,
изолируют закачкой нефтецементного
раствора. Изоляцию нижних вод проводят
созданием нового цементного стакана
разбуриванием до прежнего забоя и
последующей промывкой. Процесс
цементирования осуществляют способом
“сифона” с помощью желонки (в неглубоких
скважинах) или заливочного агрегата (в
глубоких скважинах). При этом раствор
подается небольшими порциями без
давления.
Технология проведения
изоляции подошвенных вод аналогична
технологии при изоляции нижних вод.
Цементирование проводят нефтенасыщенным
раствором, а раствор нагнетается под
давлением. Иногда перед этим
предварительно производят гидравлический
разрыв пласта.
Для перекрытия доступа
воды из одной скважины в другую проводят
цементирование обводненной скважины под
давлением через отверстия фильтра водо- или
нефтецементным раствором. В процессе
цементирования и затвердения цемента
необходимо провести испытания обеих
скважин на закрытие вод опрессовкой или при
максимально возможном снижении уровня
раствора в колонне.
Цементирование под
давлением через отверстие в фильтре или
через дефект в колонне проводится с целью
продавлива-ния цементного раствора.
Изоляция будет более эффективной, чем выше
давление и чем медленнее будет проводиться
продав-ка цементного
раствора.
Используются основные
технологии:
1. Цементирование
под давлением через трубы с последующим
разбуриванием цементного стакана.
Спущенные трубы устанавливаются на 5-10 м
выше места ввода цементного раствора.
Цемент ниже конца заливочных труб после
твердения разбуривается.
2.
Цементирование под давлением через
заливочные трубы с вымыванием излишнего
цементного раствора. После продав-ки
цементного раствора производится
наращивание колонны заливочных труб для
вымывания цементного раствора из зоны его
ввода.
3. Комбинированный
способ цементирования при необходимости
оставлять скважину под давлением до конца
схватывания цемента. При этом нижний конец
заливочных труб устанавливается в пределах
нижних отверстий фильтра. После вытеснения
цементного раствора из заливочных труб
последние поднимаются выше уровня
раствора, устье скважины герметизируется,
цементный раствор продавливается
жидкостью, закачиваемой в трубы или
одновременно в трубы и в кольцевое
пространство. Затем скважина оставляется
герметически закрытой под давлением до
конца затвердения
цемента.
Цементирование без давления
производится для создания нового
цементного забоя, цементного стакана или
перекрытия нижней части
фильтра.
Цементирование с помощью
заливочного агрегата осуществляется путем
спуска заливочных труб, нижний конец
которых устанавливается у нижней границы
предполагаемого цементного стакана. Через
заливочную головку закачивается расчетное
количество цементного раствора, который
вытесняется в кольцевое пространство до
выравнивания столба в трубах и кольцевом
пространстве. Затем трубы поднимаются на
высоту цементного стакана, а излишний
цементный раствор вымывается способом
обратной промывки.
Цементирование по
способу “сифона” проходит по следующей
технологии. В скважину спускается колонна
заливочных труб и через вертлюг
промывается водой для полного заполнения
ствола. Нижний конец заливочных труб
устанавливается у нижней кромки цементного
стакана. На верхний конец заливочных труб
монтируются воронка с сеткой, через которую
подается цементный раствор, после чего
через вертлюг закачивается вода. Движение
жидкости происходит до равновесия столбов
цементного раствора в трубах и кольцевом
пространстве. Затем заливочные трубы
поднимаются на высоту цементного стакана, а
излишний цементный раствор вымывается
способом прямой
промывки.
Цементирование с помощью
желонки применяют в скважинах глубиной до
800-900 м. При этом цементный раствор
небольшими порциями подается на забой
специальной желонкой.
В процессе
цементирования можно использовать пакеры,
как извлекаемые, так и
неизвлекаемые.
Применение пакеров имеет
ряд преимуществ: на участок обсадной
колонны от пакера до устья не передается
высокое давление в заливочных трубах в
процессе про-давливания цементного
раствора;
возможно цементирование под
давлением при негерметичности верхней
части обсадной колонны;
исключается
возможность попадания цементного раствора
в затрубное пространство.
После
окончания цементировочных работ обычно
проводятся испытания обсадной колонны на
герметичность. При испытании колонны на
герметичность способом опрессовки устье
скважины оборудуется опрессовочной
головкой и манометром. Жидкость
нагнетается в колонну с плавным
увеличением давления. Давление на устье
скважины должно на 20 % превышать ожидаемое
максимальное устьевое давление, но не менее
8-10 МПа (для колонн 168-140 мм). Возможна
опрессовка отдельных участков колонны с
помощью пакера. Проверка на герметичность
заключается в том, что после замены
глинистого раствора на воду не должно
происходить перелива жидкости или
выделения газа, а также в течение 30 мин
давление не должно снижаться более чем на 0,5
(при давлении выше 7,0 МПа) или 0,3 МПа (при
давлении 7,0 МПа).
При испытании колонны
на герметичность способом снижения уровня
с помощью компрессора и откачки жидкости
добиваются, чтобы остающийся в скважине
столб жидкости был на высоте на 20 % менее
столба при вызове притока в процессе
опробования. В скважинах, пробуренных
глинистым раствором с плотностью не более
1,4 г/см3, проверка на герметичность
заключается в замене этого раствора на
воду. При этом в течение часа не должно быть
перелива или выделения газа.
Испытания
колонны на герметичность оформляются
специальным актом.
При капитальном
ремонте скважин для транспортировки и
приготовления цементного раствора
используется цементосмесительная машина
СМ-4М на базе автомобиля ЗИЛ-131А. Эта машина
имеет вместимость бункера 3,2 м3 и
обеспечивает по раствору плотностью 1,7—2,0
г/см3 подачу 0,4-0,6 м3/мин. В состав
СМ-4М входят редуктор, бункер со шнеком,
смесительное устройство, система контроля
и регулирования. Редуктор (одноступенчатый)
соединен с коробкой отбора мощности
автомобиля. Шнек представляет собой винт, а
валом шнека служит труба 114×6 мм.
Смесительное устройство — гидроэлеватор в
виде приемной воронки с диффузором,
переходящим в выкидную трубу с
соплом.
Для проведения цементировочных
работ (включая опрессовку) используются
цементировочные агрегаты на базе
автомобиля большой грузоподъемности (табл.
9.18).
К капитальному ремонту относятся и
работы по устранению аварий, допущенных в
процессе эксплуатации и
ремонта.
Наиболее часто встречаются
следующие аварии:
1. Аварии, связанные с
трубами НКТ и бурильными трубами. К ним
относятся:
а) прихват колонн НКТ и
бурильных труб. Прихваты могут быть
механического происхождения (прихват при
смятии обсадной колонны, при большой
деформации колонны по той или иной причине,
при применении двух рядов труб и т.д.), в
цементном растворе, при потере циркуляции
(связанной с качеством бурового
раствора);
б) ”полет” (обрыв)
насосно-компрессорных и бурильных труб.
“Полет” НКТ может быть также со скважинным
насосом и штангами, при этом верх штанговой
колонны может остаться внутри колонны НКТ
или же торчать наружу. При “полете”
бурильных труб в скважине остается и
бурильный инструмент.
2. Аварии,
связанные со скважинными насосами,
пакерами,
Т а б л и ц а 9.18 Техническая
характеристика цементировочных
агрегатов
Параметры |
Тип |
||
ЦА-300 |
ЦА-300М |
ЦА-320М |
|
Тип автомобиля Мощность двигателя, Производительность, л/с: минимальная максимальная Максимальное Вместимость замерного |
МАЗ-200 110 1,75 23,3 30 3 |
Я АЗ-210 2,6 29,8 30 4 |
КрАЗ-219 180 1,05 17,2 40 6,4 |
якорями, забойными
двигателями, приборами и др. К ним
относятся:
а) прихват пакера, погружного
насосного агрегата центробежного,
винтового и диафрагменных насосов;
б)
оставление в скважине погружного насосного
агрегата с кабелем или без него;
в)
оставление в скважине штангового
насоса и штанг;
г) оставление в
скважине насосных штанг вследствие
обрыва;
д) оставление в
скважине винтобуров, турбобуров и других
элементов забойной компоновки;
е)
оставление в скважине приборов,
устройств для исследования скважин и
пластов, геофизических приборов.
3.
Аварии, связанные с кабелями,
канатами, проволокой, гибкими трубами. К ним
относятся:
а) оставление каротажного
кабеля, в том числе кабеля погружных
электронасосов;
б) оставление каната при
работе желонкой или проведении других
работ;
в) оставление
проволоки;
г) оставление
гибких труб.
4. Аварии,
связанные с попаданием в скважину
посторонних предметов — плашек, сухарей и
т.д.
Практика показывает, что причин
аварий может быть множество, но
преобладающей является оплошность
персонала [8].
Существуют простые
правила, позволяющие существенно уменьшить
риск возникновения аварий:
при спуске
нестандартного оборудования или
инструмента необходимо задать себе
вопросы: можно ли извлечь этот инструмент
при его возможном прихвате и оставлении?
Какой инструмент для этого нужен и есть ли
он в наличии?
Необходимо составлять
эскизы с размерами на все оборудование и
инструмент, особенно нестандартного и
крупногабаритного.
Следует избегать
холостых рейсов при спуске оборудования и
инструмента, так как любой рейс увеличивает
риск возникновения аварий.
При
проведении ловильных работ необходимо на
поверхности убедиться в работоспособности
инструмента перед спуском в скважину.
Недостаточная четкость в захватывании
ловильно-го объекта инструментом
значительно уменьшает успех его
последующей работы в
скважине.
Существующие современные
технологии и инструменты позволяют
ликвидировать практически любую аварию,
однако стоимость работ может оказаться
очень высокой и скважину целесообразнее
ликвидировать.
Основными видами работ
при устранении аварий в скважинах являются
ловильные, фрезерные и
вспомогательные.
В соответствии с
видами аварий имеется набор скважинных
устройств и инструмента: захватные
устройства для бурильных и
насосно-компрессорных труб; режущие
устройства для очистки ствола скважинным
фрезерованием; захватные устройства для
извлечения скважинных двигателей,
приборов, пакеров, долот и другого
оборудования; захватные устройства для
штанг, кабелей, канатов, проволоки и др.;
вспомогательные устройства и
инструмент.
Захватные устройства в
первом случае предназначены для захвата и
удержания прихваченных и аварийных (после
обрыва) НКТ и бурильных труб. К захватным
устройствам кабелей и канатов относятся
удочки, ловители штанг, кабеля и др. По
принципу работы захватные устройства для
труб бывают врезные, плашечные и
спиральные. К врезным инструментам
относятся ловильные метчики и колокола, к
плашечным — ловители и труболовки для НКТ, а
к спиральным — труболовки и
ловители.
Режущие инструменты — фрезеры
забойные, кольцевые, комбинированные,
райберы, труборезка и др. В некоторых
случаях режущий инструмент комбинируется с
захватным устройством (магнитным,
плашечным и др.).
К вспомогательным
инструментам относятся отклонители,
фиксаторы муфт обсадных колонн, скважинные
гидродомкраты, пауки, яссы,
металлошламоуловители и др.
Рассмотрим
более подробно захватные устройства для
насосно-компрессорных труб.
Метчик (рис.
9.30, а) представляет собой ловильный
инструмент врезного неосвобождающегося
типа с захватом за внутреннюю поверхность.
Для НКТ метчики выпускаются типов МЭУ
(универсальный) и МЭС (специальный), а для
бурильных труб — типов МБУ и МСЗ. Метчик типа
МЭУ предназначен для ловли и извлечения
НКТ, верхний конец которых заканчивается
ниппелем и муфтой. Ловля осуществляется
путем врезания во внутреннюю поверхность
трубы. Метчик типа МЭС позволяет
осуществлять ловлю НКТ, верхний конец
которых оканчивается муфтой. Метчик типа
МСЗ — это специальный метчик для бурильных
труб с захватом путем ввинчивания в
замковую резьбу.
Колокол типов К и КС
(рис. 9.30, б) представляет собой
Рис.
9.30. Универсальный метчик (t) и сквозной
колокол ( •):
1, 2, 3 — резьбы
соответственно присоединительная к
колонне, ловильная и присоединительная к
воронке
ловильный инструмент врезного
неосвобождающегося типа с захватом за
наружную поверхность. Колокол типа КС
(сквозной) предназначен для ловли труб,
верхний конец которых поврежден (смят или
сломан). При его применении поврежденный
конец пропускается через колокол, и он
зарезает-ся за следующую муфту или
замок.
Труболовки могут быть: для
захвата за внутреннюю поверхность: их
называют внутренними труболовками; для
захвата за наружную поверхность:
их называют
наружными
труболовками, ловителями или
овершотами.
Труболовки могут быть
освобождающиеся и неосвобождаю-щиеся.
Первые труболовки позволяют освободиться
при необходимости от захваченной
трубы.
Труболовки могут быть правые и
левые. Правые труболовки предназначены для
извлечения труб целиком, левые труболовки
позволяют прикладывать крутящий момент на
отворот и извлекать трубы по
частям.
Труболовки могут быть с
передачей крутящего момента захваченной
колонне и без него.
Наружные труболовки
обычно имеют узел уплотнения, позволяющий
создать, кроме прочного, и герметичное
соединение с захваченной колонной с целью
ее промывки.
Выпускаются труболовки
типов ТВ и ТВМ. Это инструмент
Рис. 9.31.
Внутренняя труболовка освобождающаяся
типа ТВМ (t) и неосво-бождающаяся типа ТВ (
•):
1 — переводник; 2 — механизм
освобождения; 3 — стержень с насечкой;
4 -плашка; 5 — поводок; 6 —
стержень
плашечного типа с захватом за
внутреннюю поверхность, ТВ
-неосвобождающаяся, ТВМ — освобождающаяся
(рис. 9.31).
Труболовки типа ТН — наружные
труболовки: ТНЗ — с плашечным захватом, ТНОС
-со спиральным или цанговым захватом.
Спиральные труболовки более современные,
так как обладают более прочным захватом
вследствие более равномерного
распределения нагрузки на корпус
труболовки.
Аварии с гибкими трубами НКТ
во многом похожи на аварии с кабелем, и их
ликвидация является сложной задачей.
Аварии с гибкими трубами происходят чаще
всего из-за их обрыва по причине больших
растягивающих напряжений. При этом гибкая
колонна в скважине приобретает форму
спирали, что затрудняет ее извлечение. В
месте разрыва может быть образована шейка
длиной до 100 мм. Залавливание гибких труб
должно осуществляться специальным
инструментом (овершотом), который
обеспечивает минимальное сопротивление
входящим трубам. Извлечение гибких труб
возможно как целиком, так и по частям.
В
настоящее время выпускается большая
номенклатура ло-вильного
инструмента.
Эффективность ловильных
работ повышается, если в компоновку
включать яссы. Яссы — это инструменты для
нанесения сильных ударов по прихваченной
колонне сверху вниз и снизу вверх. Яссы
могут быть гидравлические и
механические.
В практике капитального
ремонта возникает необходимость
определения места прихвата. Одним из
методов является замер удлинения труб при
растяжении. Зная модуль упругости
материала труб, растягивающее усилие и
удлинение, можно определить длину колонны
до прихвата. На точность метода влияют силы
трения, особенно в кривых
скважинах.
Дадим описание этого метода в
изложении [8].
Вначале создают натяжение,
равное весу на крюке до прихвата колонны
(или равное весу колонны в воздухе), делают
на верхней трубе отметку против стола
ротора и обозначают ее буквой “а”. Затем
создают сильное натяжение в пределах
кратковременных допускаемых нагрузок на
трубы и разгружают колонну до собственного
веса, делают отметку “б”. Она окажется ниже
отметки “а”. Расстояние между отметками
появляется вследствие сил трения в
скважине.
Далее создают натяжение в
пределах рабочих (продолжительных)
нагрузок на трубы, делают отметку “в” и
затем натягивают колонну до нагрузки, когда
была сделана отметка “б”. После разгрузки
колонны до нагрузки, при которой была
получена отметка “в”, надо сделать отметку
“г”. За усредненные отметки принимаются
середины отрезков “аб” и “вг”. Расстояние
между усредненными отметками — это
удлинение колонны при изменении натяжения
от собственного веса до нагрузки,
соответствующей отметкам “в” и
“г”.
Длину свободной части (до прихвата)
колонны L (в м) определяют по
формуле
L = 5,44—103, kф
где I
— удлинение колонны, м; k — коэффициент:
для бурильных труб k = 2,233/q, для обсадных
и НКТ k = 2,084/q, где q — вес 1 м труб; ф —
дополнительное растягивающее усилие,
вызвавшее удлинение, Н.
9.5.
Охрана окружающей среды при производстве
подземных ремонтов скважин
При
производстве текущих и капитальных
ремонтов скважин наиболее вероятен контакт
пластовых флюидов (нефть, газ, пластовая
вода) с окружающей средой (почва, вода,
атмосфера). Кроме того, подготовленные для
операции рабочие жидкости, обработанные
химреагентами, также представляют угрозу
окружающей среде.
В целях
предотвращения загрязнения среды
необходимо принять все меры, исключающие
попадание нефти и растворов в почву и воду,
а газов в воздух. Для этого необходимо иметь
приспособление, улавливающее жидкости
(например, поддоны, откачивающие насосы) и
утилизирующее их.
Попадание газа в
атмосферу (особенно с сероводородом) должно
быть прослежено с помощью индикаторов.
Особенно опасны разливы нефти, которые еще
и пожароопасны.
В организации
подземного ремонта скважин важное место
занимает проведение подготовительных
работ. При ремонте скважин со стационарным
подъемным сооружением вначале необходимо
проверить исправность и наличие смазки в
крон-блоке, а также исправность лестниц,
перил, ограждений, талевого блока,
подъемного крюка. Также проверяется
центровка вышки или мачты.
При
производстве спуска-подъема НКТ подъем и
опускание элеваторов необходимо проводить
без ударов и рывков, при этом элеватор
должен быть обращен замком вверх. При
перерывах в работе колонна НКТ и штанга
должны быть спущены на устьевой фланец
скважины, а талевой блок — на рабочую
площадку.
Тракторист подъемника
обеспечивает исправность искрогасителя и
чистоту смотрового стекла. При переезде он
проверяет отсутствие предметов на
гусеницах и не допускает переезда через
нефтеводогазовые трубопроводы,
проложенные на поверхности. В ночное время
должны быть освещены верх подъемного
сооружения и рабочая площадка. Не
допускается работа на установках без
аккумуляторов. Монтажное оборудование
(ключи, спайдеры, элеваторы и т.п.) должно
отвечать техническим
требованиям.
Спускоподъемные операции
начинают только после установки оттяжек,
проверки действия ограничителя двигателя
крюкоблока и заземления
агрегата.
Подниматься на вышку агрегата
допускается только в аварийных случаях
персоналу с предохранительными
поясами.
Все канаты на агрегате подлежат
периодическому осмотру. Не разрешается
работа агрегата при обрыве одной пряди, а
также, если на шаге свивки каната диаметром
до 20 мм число оборванных проволок
составляет более 5 %, а в канате диаметром
свыше 20 мм — более 10 % всего числа
проволок.
Запрещается подогревать масло
в картере коробки перемены передач
открытым пламенем.
Л
СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ
W
ПЕРЕКАЧКИ ВЫСОКОВЯЗКИХ
Г Л А В А И ЗАСТЫВАЮЩИХ
НЕФТЕЙ
9.1. ОСНОВНЫЕ
ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕКАЧКИ ВЫСОКОВЯЗКИХ И
ЗАСТЫВАЮЩИХ НЕФТЕЙ
Если температуры
застывания нефти равны или выше
среднемесячных минимальных температур
окружающей трубопровод среды, то такая
нефть считается высоковязкой и застывающей
в рассматриваемых условиях
перекачки.
При трубопроводном
транспорте таких нефтей для обеспечения
заданной пропускной способности и
избежания застывания нефти при остановке
перекачки необходимо использовать
специальные технологии перекачки.
По
способу воздействия на перекачиваемую
жидкость и структуру потока такие
технологии можно разделить на две основные
группы.
К первой группе относятся
технологии, не изменяющие реологические
свойства перекачиваемых
нефтей:
создание с помощью механических
устройств (насадок, спиралей и т.д.)
пристенного внутреннего слоя из маловязкой
жидкости (нефти, нефтепродуктов, воды с
добавлением поверхностно-активных веществ
(ПАВ) и без них);
уменьшение
шероховатости внутренней поверхности
трубопровода или изменение его геометрии
(трубы с внутренним покрытием,
телескопические трубопроводы);
последовательная перекачка партий нефти и
воды; транспортировка нефтяных систем в
капсулах или контейнерах (в потоке
маловязкой жидкости — нефти,
нефтепродукта, сжиженного газа и т.д.) либо в
потоке газа (природного, воздуха и
т.д.).
Вторую группу составляют
технологии, связанные с изменением
реологических свойств нефти (вязкости,
предельного напряжения сдвига и др.).
В
свою очередь технологии перекачки
высокозастываю-щих нефтей, основанные на
изменении реологических характеристик
транспортируемой жидкости, можно разделить
на физические, физико-химические и
химические.
К физическим методам
относятся следующие: предварительное
изотермическое разрушение структуры нефти
(например, прокачиванием ее через
диафрагму);
повышение температуры
потока нефти в печах или теплообменниках,
расположенных в отдельных пунктах трассы
трубопровода, с использованием для этого
различных видов топлива (перекачиваемый
продукт, утилизация тепла промышленных
производств и т.д.);
применение
трубопроводов-спутников, расположенных
снаружи или внутри трубы, с использованием
различных теплоносителей (горячая вода, пар
и т.д.) и схем движения нефти и теплоносителя
(параллельно друг другу или на встречу друг
другу);
использование внешнего или
внутреннего электрообогрева трубопровода
с тепловой изоляцией или без нее (гибкие
ленты, кабели, импендансный и индукционный
способы и т.д.) для разогрева всего объема
жидкости или только пристенного
слоя.
Физико-химические методы можно
разделить на следующие типы:
перекачка в
виде эмульсий нефти в воде с использованием
стабилизирующих ПАВ и без
них;
разбавление перекачиваемой нефти
маловязкими нефтями и другими
углеводородными разбавителями
(нефтепродукты, газовый конденсат и
т.д.);
термообработка путем нагрева нефти
до определенной температуры с последующим
ее охлаждением с заданным режимом до
температуры перекачки;
обработка
депрессорной присадкой (стимулятором
потока) всего объема нефти или только
пристенного слоя потока.
К химическим
методам относятся депарафинизация и
де-асфальтизация нефти и ее
термодеструкция.
В историческом аспекте
первоначально был разработан способ
транспорта нефти в нагретом состоянии, а
затем предложены такие технологии, как
гидротранспорт высоко-застывающих нефтей,
применение углеводородных разбавителей и
термообработка. Позднее появились
предложения по 236 использованию при
перекачке депрессоров — химических
соединений, улучшающих реологические
свойства (предельное и статическое
напряжения сдвига) парафинистых
нефтей.
9.2. «ГОРЯЧАЯ»
ПЕРЕКАЧКА
«Горячая” перекачка
относится ко второй группе технологий и
связана с изменением реологических свойств
нефти (вязкости и предельного напряжения
сдвига) путем предварительного подогрева
жидкости.
При «горячей” перекачке
высокозастывающая нефть нагревается на
головной станции и насосами подается в
трубопровод. При движении по трубопроводу
она охлаждается, что приводит к увеличению
потерь на трение. Поэтому нефть снова
подогревается на промежуточных тепловых
станциях.
Принципиальная схема
магистрального трубопровода с
предварительным подогревом нефти
представлена на рис. 9.1.
Нефть по
магистральному трубопроводу 1
подают в резер-вуарный парк 2, оборудованный
подогревателями, поддерживающими
температуру нефти, необходимую для работы
подпорных насосов 3, которые прокачивают
жидкость через подогреватели 4 и
подают нефть в основные насосы 5,
качающие нефть в магистральный трубопровод
6. Нефть подогревают от 70 до 120 °С. Верхний
предел температуры ограничен стойкостью
теплоизоляции, деструкцией молекул нефти, а
также возможностью коксования нефти в
теплообменниках.
По мере движения по
трубопроводу жидкость остывает,
в
1
Рис.
9.1. Принципиальная схема магистрального
трубопровода с устройствами для
предварительного подогрева нефти:
1
— подводящий трубопровод (магистральный);
2 — резервуарный парк, оборудованный
подогревателями; 3 — подпорный
насос; 4 — подогреватель; 5 —
основной насос; 6 — магистральный
трубопровод; 7 — ГПС — головная
перекачивающая станция; 8 —
промежуточная тепловая
станция
результате ее температура
уменьшается, а вязкость и потери напора
растут. Поэтому жидкость вновь подогревают
на промежуточных тепловых станциях 8. В
зависимости от свойств нефти, начальной
температуры подогрева и расхода нефти
пункт подогрева располагают через 25 — 80
км.
Для подогрева нефти используют
паровые и огневые подогреватели.
Принципиальная схема огневой
радиальноконвекционной печи Г9П02В
представлена на рис. 9.2.
Все пространство
печи, смонтированной в металлическом
каркасе 6, разделено на две зоны: радиальную
I и конвекционную II.
Радиальная
зона, в свою очередь, поделена на две части
стенкой 2 из огнеупорного кирпича. В
нижней части печи установлены по шесть
форсунок 3 с воздушным распылением
топлива — нефти или газа. В радиальной зоне
печи на кронштейнах уложены трубы змеевика
1, по которому течет нефть.
Нагрев нефти в этой зоне печи
осуществляется в основном за счет лучистой
энергии факела.
Продукты сгорания затем
проходят в конвективную зону печи, в
которой передача тепла к текущей по трубкам
теплообменника нефти осуществляется за
счет конвекции. Из конвективной зоны печи
продукты сгорания через дымовую трубу
4 выбрасываются в
атмосферу.
Регулирование тяги в печи
осуществляется с помощью шибера 5.
Стены
печи выложены изнутри огнеупорной
обмуровкой, а снаружи тепловой
изоляцией.
Высота печи без дымовой трубы
достигает 10,5 м. Пропускная способность — 600
м3/ч. Нефть нагревается от 35 до 65 °С.
Максимальное рабочее давление в потоке
нефти на входе в змеевик не должно
превышать 6,5 МПа. Теплопроиз-водительность
печи составляет 10500 кВт, а КПД
достигает
0,77 (фактическое значение
0,5).
Иногда для попутного подогрева нефти
используют трубопроводы-спутники с жидким,
паровым или газообразным теплоносителем.
Для попутного подогрева могут применяться
электрообогревательные устройства.
Перекачка нефти по трубопроводу с попутным
электрообогревом перспективна из-за
отсутствия сложных устройств для подогрева
и людей, их обслуживающих.
«Горячая»
перекачка высокозастывающих нефтей нашла
наибольшее применение во всем мире. Однако
этой технологии присущи серьезные
недостатки: сжигание части перекачиваемой
нефти в печах нагрева, загрязнение
воздушного 238
Рис. 9.2. Принципиальная
схема
радиально-конвек
ционной печи
Г9П02В
бассейна продуктами сгорания,
невозможность использования этого способа
на подводных трубопроводах без специальной
дорогостоящей теплоизоляции, большие
потери тепла и низкий КПД.
Один из
методов уменьшения затрат на подогрев
перекачиваемой нефти и потерь тепла —
применение тепловой изоляции.
При
использовании тепловой изоляции вначале
выбирают материал, толщину и конструкцию
тепловой изоляции.
Материалы,
применяемые для тепловой изоляции, должны
обладать следующими свойствами: малым
коэффициентом теплопроводности; низкой
влагоемкостью и гигроскопичностью; малой
плотностью; негорючестью; биологической
инертностью по отношению к плесени,
паразитам и грызунам; термостойкостью;
способностью многократно выдерживать
охлаждение и нагрев; прочностью и
долговечностью; а также должны быть
дешевыми и недефицитными.
Этим
требованиям в основном удовлетворяют
пенополиуретан, пенополистирол,
минеральная вата, стекловолокно,
вермикулит, газобетон и другие
материалы.
Наибольшее распространение
при изоляции «горячих» магистральных
трубопроводов в нашей стране и за рубежом
получили пенополиуретаны
(ППУ).
Пенополиуретан стоек к нефти и
нефтепродуктам всех видов, надежно
работает в интервале температур от 80 до 400 К,
обладает высокими теплоизоляционными
свойствами и механической прочностью,
малой водо- и паропроницае-мостью,
повышенной адгезией к различным
материалам.
Соответствующая ППУ
конструкция тепловой изоляции
представляет собой концентрическую
оболочку теплоизоляционного материала,
покрытую защитным кожухом из полиэтилена,
рубероида, бризола, экструдированного
пластика, листовой стали или
алюминия.
Применение тепловой изоляции
на магистральных трубопроводах позволяет
сократить число пунктов подогрева и,
следовательно, снизить затраты на их
сооружение и эксплуатацию.
Наиболее
сложными и ответственными операциями при
эксплуатации «горячих» трубопроводов
являются заполнение трубопроводов, их
остановка и последующий пуск.
9.3. ЗАПОЛНЕНИЕ ТРУБОПРОВОДА
ВЫСОКОВЯЗКОЙ
НЕФТЬЮ
Заполнение вновь построенного
трубопровода горячей высоковязкой нефтью
— одна из самых ответственных операций при
эксплуатации «горячих»
трубопроводов.
Перед началом закачки
высоковязкой нефти в трубопровод он
заполнен холодной водой после опрессовки.
Если эту воду вытеснять горячей
высоковязкой нефтью, для перекачки которой
предназначен трубопровод, нефть будет
быстро (особенно в месте контакта с
холодной водой) остывать, вследствие чего
вязкость ее сильно повысится и она может
застыть и закупорить нефтепровод.
Вновь
построенный трубопровод, предназначенный
для перекачки высоковязких и
высокозастывающих нефтей или
нефтепродуктов с предварительным
подогревом, можно пустить в работу двумя
способами: предварительным прогревом
трубопровода и окружающего грунта
маловязким низкозас-тывающим
нефтепродуктом или водой; заполнением
трубопровода без его предварительного
прогрева.
Магистральные трубопроводы
пускают в эксплуатацию, как правило, с
предварительным подогревом. Наиболее
целесообразно прогревать систему
трубопровод — грунт водой, так как это
требует в 3 — 4 раза меньше времени, чем при
прогреве системы нефтью или
нефтепродуктами (у воды больше
теплоемкость и выше скорость
течения).
Систему трубопровод — грунт
прогревают до такой температуры, при
которой напора, развиваемого наносами,
будет достаточно, чтобы высоковязкая нефть
дошла до следующей насосной станции. При
прогреве трубопровода необходимо
стремиться поддерживать температуру
греющей жидкости на выходе из тепловой
станции, равной или, если позволяют
теплообменники, несколько большей, чем
планируемая начальная температура нефти.
Это дает возможность проверить
технологическое оборудование на
термическое напряжение и своевременно
устранить возможные неисправности на
стадии прогрева.
Применяют различные
способы прогрева системы трубопровод —
грунт: прямой, обратный, челночный и
встречный (рис. 9.3).
При прямом
прогреве (см. рис. 9.3, а) нагретая до
необходимой температуры маловязкая
жидкость закачивается в трубопровод
насосами головной перекачивающей станции.
Температура трубы и окружающего ее грунта
постепенно повышается. В результате новые
порции маловязкой жидкости приходят на
конечный пункт со все более высокой
температурой. По истечении некоторого
времени температура системы трубопровод —
грунт станет достаточной для закачки
высоковязкой нефти в трубопровод без
опасения его замораживания. При таком
способе прогрева требуется значи-
Рис.
9.3. Графики изменения температуры T
теплоносителя по длине L участка
трубопровода и во времени т при различных
способах прогрева:
а — прямой;
б — обратный; в — челночный;
г — встречной
тельное
количество маловязкой жидкости на головной
перекачивающей станции.
Обратный
прогрев (см. рис. 9.3, •) применяют в тех
случаях, когда в начале трубопровода
отсутствуют источники воды или другой
маловязкой жидкости, а также тогда, когда
тех -нологическая обвязка насосных станций
позволяет вести перекачку с конечного
пункта на головную станцию. В этом случае
конечные участки трубопровода будут иметь
более высокую температуру, чем начальные.
При последующей закачке в трубопровод
горячей высоковязкой жидкости могут
возникнуть значительные термические
напряжения, способные привести к авариям на
технологических трубопроводах
перекачивающих станций (обвязка
теплообменных аппаратов и насосов) и
линейной части трубопровода. Объем греющей
жидкости и темп прогрева системы при
обратном прогреве примерно такие же, как и
при прямом прогреве.
Челночный
прогрев (см. рис. 9.3, в)
заключается в том, что греющую жидкость
закачивают сначала в прямом, затем в
обратном направлениях, снова в прямом и т.д.
При таком способе прогрева объем греющей
жидкости составляет около двух объемов
прогреваемого участка трубопровода (между
тепловыми или насосными
станциями).
Время челночного прогрева
больше, чем прямого, на значение обратных
перекачек, но средняя по длине температура
системы получается значительно выше, чем
при прямом прогреве.
Встречный
прогрев (см. рис. 9.3, г) заключается в том,
что греющую жидкость закачивают
одновременно с двух сторон — с начала и с
конца прогреваемого участка трубопровода.
Около середины трубопровода проводят сброс
греющей жидкости в специальный резервуар.
Если это вода, то ее можно сбрасывать на
грунт, в водоем и т.п.
Выбор того или
иного способа прогрева системы трубопровод
— грунт должен быть обоснован
технико-экономическими расчетами и
технической возможностью его
осуществления. Например, все способы за
исключением прямого прогрева, осуществимы
только в том случае, если технологическая
обвязка насосных агрегатов и оборудование
позволяют вести обратную
перекачку.
Экономическое сравнение
вариантов проводят по стоимости прогрева,
которая складывается из стоимости топлива
для теплообменников, затрат на
электроэнергию для привода насосов,
стоимости греющей жидкости, а также затрат
на ее доставку, хранение, восстановление
качества после использования. Необходимо
также учитывать сроки прогрева
трубопровода каждым из способов и ущерб,
который может быть причинен сбросом
греющей жидкости по трассе трубопровода
или возможной аварией из-за недостаточного
прогрева системы трубопровод —
грунт.
При всех выбранных способах
прогрева последним этапом, завершающим
прогрев трубопровода, должен быть прямой
прогрев (т.е. прокачка теплоносителя в
прямом направлении), за которым следует
вытеснение греющей жидкости
непосредственно разогретой высоковязкой
нефтью.
Существуют и другие способы
пуска трубопроводов в эксплуатацию, когда
предварительный прогрев системы
трубопровод — грунт не проводится.
Известен способ пуска нефтепроводов с
применением разбавителя или депрессор-ных
присадок, снижающих вязкость первой порции
нефти, с помощью которой проводится
предварительный прогрев
нефтепровода.
Для коротких
теплоизолированных трубопроводов
предварительный прогрев системы иногда
можно не делать.
При заполнении
трубопровода высоковязкой нефтью
необходимо обеспечить такую подачу, при
которой к моменту полного вытеснения
теплоносителя из трубы потери на трение не
превышали бы возможностей насосных
станций.
9.4. ОСТАНОВКИ
ПЕРЕКАЧКИ
При эксплуатации
«горячего” нефтепровода неминуемы его
остановки которые могут быть вызваны
аварией на одном из участков,
необходимостью выполнения ремонтных работ,
перебоями в подаче нефти на головную
нефтеперекачивающую станцию и другими
причинами.
Остановки перекачки могут
быть связаны с характером эксплуатации
«горячего”
нефтепровода.
Трубопроводы
проектируются для работы в течение не менее
30 лет. Так как в первые и последние годы
разработки месторождений объемы добычи
нефти обычно меньше, чем при полном
развитии промыслов, то в это время
нефтепроводы работают с пониженной
пропускной способностью.
При
«горячей” перекачке пропускная
способность не может быть меньше
некоторого минимального значения. Отсюда
вытекает необходимость циклической
эксплуатации «горячих” трубопроводов,
при которой часть времени нефтепровод
работает с полной загрузкой, а на остальное
время перекачка прекращается. В данном
случае под циклом понимается период
времени, включающий длительность одного
интервала непрерывной перекачки и одного
интервала простоя. С одной стороны, чем
больше число циклов перекачки, тем меньше
должен быть объем резервуаров для
накапливания нефти на головных сооружениях
и конечном пункте нефтепровода, а значит
потребуется меньше затрат на них. С другой
стороны, больше будут затраты, связанные с
повторным пуском нефтепровода (вытеснение
остывшей нефти и прогрев системы
трубопровод — грунт). При уменьшении 244
числа циклов картина обратная. Оптимальным
является число циклов, соответствующее
минимуму суммарных затрат.
При
остановках перекачки высоковязкая нефть,
оставленная в трубопроводе, постепенно
остывает, вязкость ее повышается, а потери
напора при возобновлении перекачки резко
возрастают. Они максимальны в момент пуска
трубопровода, когда весь он заполнен
остывшей нефтью. По мере замещения остывшей
нефти разогретым продуктом потери на
трение в трубопроводе быстро уменьшаются.
После вытеснения из трубы всей остывшей
нефти темп снижения потерь напора на трение
снижается, а уменьшение потерь связано с
прогревом системы трубопровод — грунт
горячей нефтью. По мере прогрева грунта
происходит асимптотическое по времени
приближение значения потерь к потерям
напора при стационарном режиме
перекачки.
Продолжительность остановки
«горячего» нефтепровода должна быть
такой, чтобы максимальные потери напора при
пуске не превышали напора, развиваемого
насосными агрегатами, а давление вначале
трубопровода было меньше, предельно
допустимого, которое может выдержать труба.
В противном случае произойдет
замораживание трубопровода, ликвидация
которого связана со значительными потерями
нефти и большими денежными затратами.
Время, по истечении которого возобновление
перекачки высоковязкой нефти происходит
без осложнений, т.е. потери на трение не
превышают возможностей насосной станции,
называется безопасным временем
остановки «горячего»
трубопровода. Если фактическое время
остановки превышает безопасное, то вязкая
нефть должна быть вытеснена из
трубопровода маловязкой жидкостью (нефтью,
нефтепродуктом, водой).
9.5.
УРАВНЕНИЕ ПРИТОКА ТЕПЛА ПРИ СТАЦИОНАРНОМ
РЕЖИМЕ «ГОРЯЧЕЙ»
ПЕРЕКАЧКИ
Предварительно подогретая до
некоторой температуры нефть, двигаясь по
трубопроводу, будет отдавать свое тепло
через металл трубы и изоляцию в окружающую
среду, и температура нефти будет
понижаться.
Пусть расход нефти, ее
начальная температура на входе трубопровод
и условия теплообмена не меняются во
времени. При этих предположениях тепловой и
гидравлический режимы перекачки можно
считать установившимися. При
установившемся режиме течения температура
в сечении трубопровода остается постоянной
и меняется только от сечения к сечению
трубы.
Рассмотрим два близко
расположенных сечения трубопровода
x и x + dx (рис.
9.4).
Через сечение х в единицу
времени поступает поток тепла, значение
которого обозначим через g(x). Этот поток
тепла складывается из конвективной
составляющей, обусловленной переносом
тепла из-за движения жидкости, и
составляющей, обусловленной переносом
тепла из-за теплопроводности. Последняя
составляющая в потоке в трубопроводе много
меньше конвективной, поэтому не будем
учитывать ее при выводе уравнения притока
тепла.
В сечении х конвективная
составляющая потока
тепла
puScvT(x) =
pQcvT(x) = GcvT(x),
(9.1)
где р — плотность нефти;
u, S — соответственно
скорость потока и площадь сечения трубы;
cv — удельная теплоемкость;
Т(х) — температура в сечении
х; Q, G —
соответственно объемный и массовый
расходы.
В сечении х + dx
конвективная составляющая потока
тепла
puScvT(x + dx) = pQcvT(x +
dx) = GcvT(x + dx).
(9.2)
Разность значений этих
потоков тепла в выбранных сечениях равна
потерям тепла на участке трубопровода
длиной dx. Имеем
GcvT(x) —
GcvT(x + dx) = -Gcv
dx.
(9.3)
dx
В стационарном
потоке тепло не накапливается в области
между рассматриваемыми сечениями и
температура нефти остается постоянной,
поэтому разность потоков тепла (9.3)
Рис.
9.4. К выводу управнения
притока
тепла
равна
значению потока тепла через боковую
поверхность трубопровода и изоляцию между
этими сечениями в окружающую среду.
По
формуле Ньютона значение этого потока
тепла в единицу времени равно
ndK(T
— TJdx, (9.4)
где d —
внутренний диаметр трубопровода; K
— коэффициент теплопередачи; Гг —
температура окружающей среды, например,
невозмущенная температура грунта при
подземной прокладке
трубопровода.
Приравняем найденные
потоки тепла:
Gc v — =
ndK(TT — T).
(9.5)
dx
Это уравнение
описывает изменение температуры в потоке
нефти в трубопроводе и называется
уравнением Шухова. В этом уравнении можно
учесть тепло, которое выделяется из-за
работы сил вязкого трения на участке трубы
между выбранными сечениями. Тепло,
выделяющееся в единицу времени,
равно
gGidx, (9.6)
где
g — ускорение силы тяжести; i
— гидравлический уклон.
Эту величину,
сократив ее на dx, подставим со знаком плюс в
правую часть уравнения (9.5), так как тепло
трения увеличивает температуру нефти, и
получим
Gc v — =
ndK(TT — T) + gGi.
(9.7)
dx
При перекачке
парафинистой нефти в результате понижения
температуры из нее может выделяться
парафин. Выпадение парафина сопровождается
выделением тепла.
Количество тепла,
выделяющегося в единицу времени на единице
длины,
равно
G1dL
dL, (9.8)
dT
dx
где 1 — скрытая теплота
кристаллизации парафина; de/dT — масса
парафина, выделяющегося при снижении
температуры на один градус.
Эту величину
следует добавить к правой части
уравнения
(9.7).
Слагаемые (9.6) и (9.8) при
«горячей» перекачке много меньше
мощности тепла подогрева и ими можно
пренебречь.
Если теплообмен имеет
нестационарный характер и температура
нефти между выбранными сечениями меняется
со временем, то в левую часть уравнения (9.7)
следует добавить еще одно слагаемое,
учитывающее изменение количества тепла.
Имеем
pSc v —dx.
(9.9)
dt
Эту величину,
сократив ее на dx, подставим в левую
часть уравнения (9.7) и получим
pScv —
+ Gcv — = ndK(TT — T) +
gGi. (9.10)
dt
dx
Это уравнение, в отличие
от (9.5) и (9.7), описывает нестационарный
процесс теплообмена при постоянном
расходе.
Нестационарность процесса
теплообмена может быть связана с
изменением температуры окружающей
среды.
9.6. ВЫЧИСЛЕНИЕ
КОЭФФИЦИЕНТА
ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ
Результаты изменения
температуры в поперечном сечении
трубопровода и окружающем трубопровод
грунте показывают, что профиль температуры
качественно описывается следующим образом
(рис. 9.5).
В сечении трубы, почти до самой
ее внутренней поверхности, температура
T жидкости не меняется, но
изменяется от сечения к сечению.
Вблизи
внутренней поверхности, в так называемом
тепловом слое толщиной Дл происходит
изменение температуры от ее значения в ядре
потока Т до температуры металла на
внутренней поверхности трубы
Тм.
В металле трубы
толщиной Дм температура изменяется
от Гм до Тм — температуры на внешней
поверхности трубы.
В изоляционном слое
толщиной Д из температура меняется от
Тм до температуры на границе изоляции и
грунта Гиз.
В грунте температура
изменяется от величины Гиз до
температуры грунта Гг, который на
некоторой глубине от поверхности изоляции
не испытывает теплового влияния потока в
трубе. Обозначим температуру
невозмущенного грунта Гг.
Поток
тепла, идущий из жидкости в металл трубы, из
ме-
Рис. 9.5. Профиль температуры в сечении
трубопровода в стационарном потоке
^ |
||||
т J iM _ |
Ал |
|||
тг 1 ^ м _ |
Ам 1 |
|||
/ ; |
Айз |
|||
» |
||||
/ |
/ |
|||
Тг г— |
талла трубы в изоляцию
и из изоляции в грунт, один и тот же, но
записан может быть по разному.
Если
воспользоваться ньютонов^им
представлением значения пото^а за единицу
времени через поверхность nRdx, то
будем иметь:
q = and(Тм
— T)dx; q = end ( Тм —
Tм)dx;
(9.11)
q = ynd (
ТИз — Тм) dx; q = 6nd(T„ — TJdx,
где
a, в, у, б — ^эффициенты теплоотдачи,
характеризующие тепловое сопротивление
соответственно теплового слоя, металла
трубы, изоляции и прогретой части
грунта.
Эти ^эффициенты определяются
значениями ^эффици-ентов теплопроводности
и характерными толщинами слоев, о^азывающиx
влияние на распределение температуры:
a =
в = Лм; Y = -^2-; б = ^, (9.12)
Да
Дм ДЁз
1
где Хж,
Хм, Хиз, Xг — ^эффициенты
теплопроводности соответственно жид^сти,
металла трубы, изоляции и грунта; Д а,
Д м, ДЁз, 1 —
соответственно толщины теплового слоя,
металла трубы, эффективного слоя изоляции и
прогретой части грунта.
Толщина металла
трубы известна. Толщину прогретой части
грунта можно найти по формуле
Форхгеймера
l = — d„3 ln
(9.13)
где dH3 — радиус трубы с
учетом изоляции. h — глубина на
которой находится ось трубы.
Толщина
эффективного слоя и3оляции
Айз = 1
dH3ln[l + 2^-j, (9.14)
где
ёт — внешний радиус трубы.
ДИ3 — толщина слоя и3оляции.
Если
ДИ3 << ёт, то
эффективный слой и3оляции совпадает с
толщиной и3оляции: ДЁ3 =
ДИ3.
Тепловой слой Дл
вычисляется по следующей формуле,
основанной на ре3ультатах
экспериментов:
Д л = d. Nu =
0,021Re0,8Pr0,43.
Nu
(9.15)
Pr =
. Re = ^,
* ж
v
где Nu — число
Нуссельта. Pr — число Пандтля. v —
коэффициент кинематической вя3кости.
cv — удельная теплоемкость
жидкости. pcv — теплоемкость единицы
объема жидкости.
Для над3емной прокладки
трубопровода ньютоновский коэффициент
теплоотдачи
5 = .
1в = _А_.
NuB = 0,22Re06.
ReB =
2^,
(9.16)
1В Nu,
v B
где uB, vB —
соответственно скорость и вя3кость
во3духа.
Каждая И3 формул (9.11) может быть
исполь3ована для определения потока, но
удобнее сделать следующее. Запишем
равенства (9.11) в виде:
-Z- =
(Тм _T)dx.
and
~q~ =
(Til_TM)dx.
pnd
л— =
(ТИ3 _тм )dx. ynd = (тг
_TH3)dx.
5nd
Теперь сложим слагаемые
в левых и правых частях этих равенств. В
результате получим
—1 + 1 +
1 + 1 = (Тг — T)dx.
(9.18)
nd0а в Y S3
„
Отсюда имеем q =
ndK(T„ — T)dx;
(9.19)
± = _L + 1 + 1 + 1
K
a p y
S’
где K — коэффициент
теплопередачи, обратное значение которого
равно сумме обратных значений
коэффициентов теплоотдачи.
В дальнейшем
для вычисления потока тепла будем
пользоваться выражением (9.19), в которое
входят температуры жидкости и грунта.
Последнюю температуру будем считать
известной. В этой формуле коэффициент
теплопередачи
2h If
2h 12 ^
L 2Л
из 1
“из1п
d^ у/ dиз 3
K ^Nu X м
2Х из
2Х г
— > 1.
(9.20)
dиз
Для надземной
прокладки трубопровода имеем
dJ^
2^1
1 = —— + Лм +
—/. (9.21)
K A wNu
2A A ,Nu,
9.7.
РЕШЕНИЕ УРАВНЕНИЯ ШУХОВА
Найдем решение
уравнения Шухова для известной температуры
подогрева в начале трубопровода
Т0(х = = 0). Имеем
T
X
J _dTL = I^Lfdx.
(9.22)
т0 Тг-T
CvG 0
Проинтегрируем обе
части равенства (9.22). Имеем
_ 1п(Тг _
Т)т =
ndKx.
Т0 с
vG
Отсюда
получаем формулу Шухова для распределения
температуры в трубопроводе
Т(х) =
Гк + (Г0 — 7’г)ехр( —
Шу/x/L).
(9.24)
ndKL
Шу =
где Шу —
бе3ра3мерный комплекс, на3ывающийся числом
Шухова. L — длина участка
трубопровода.
Эта формула по3воляет
найти температуру в конце рассматриваемого
участка трубопровода
(9.25)
Гк = T(L) = Гк + (Г0 —
7’г)ехр( — Шу).
В свою очередь, эта формула
по3воляет найти температуру нагрева в
начале трубопровода, если 3адать требуемую
температуру в конце участка:
(9.26)
Т0 = Тт +
(T(L) — Гг)ехр Шу.
Число
Шухова линейно 3ависит от длины участка,
поэтому, чем больше длина, тем больше число
Шухова и меньше температура в конце
участка. Соответственно, при 3аданной
температуре в конце участка увеличение его
длины приводит к росту температуры
подогрева нефти.
Такие же 3акономерности
имеют место с увеличением диаметра
трубопровода и коэффициента
теплопередачи.
Рост пропускной
способности, напротив, уменьшает число
Шухова и, следовательно, увеличивает
температуру в конце участка при
фиксированной температуре подогрева и
уменьшает температуру подогрева при
3аданной температуре в конце
участка.
Пример. Найти температуру
подогрева Т0, если в конце участка
температура должна быть равной 290 К. Длина
трубопровода 100 км, диаметр 0,82 м, расход G = 510
кг/с, температура грунта 278 К, cv =
1900 ДжУ(кг-К), коэффициент теплопередачи
К = 3,2
Вт/(м2-К).
Решение.
Вычисляем число
Шухова
3,14-082-3,2-105
Шу = ——1—
= 0,85.
1900-510
Подставляем в формулу
(9.25)
Т0 = 278 + (290 —
278)ехр[0,85] = 331,8 К.
9.8.
ВЫЧИСЛЕНИЕ ПОТЕРЬ НАПОРА ПРИ «ГОРЯЧЕЙ»
ПЕРЕКАЧКЕ
Обозначим потери полного
напора на участке между двумя близями
сечениями трубопровода через dH (см.
рис. 9.4). Тогда гидравличежий у^он на этом
участке трубопровода
dH/dx = i.
(9.27)
Для вычисления
гидравличежого уклона воспользуемся
формулой Лейбензона, в второй учтем
различие температур пото^а и внутренней
поверхности трубы. Это различие температур
приводит ^ тому, что вяз^сть пото^а вблизи
поверхности трубопровода будет отличаться
от вяз^сти нефти, движущейся в центральной
части пото^а.
Формула Лейбензона,
учитывающая это различие, имеет
вид:
1
i = pQ^
К]3;
d5-m / v 3
p =
4,15 с2/м; m = 1; Re < 2,3-103;
(9.28)
в = 0,0247 с2/м; m =
0,25-104 < Re < 105,
где
vm — ^нематичежая вяз^сть нефти,
вычисленная для температуры на внутренней
поверхности трубы; множитель в с^об^аx
учитывает неравномерное распределение
температуры по сечению
трубопровода.
Вяз^сти, входящие в
формулу (9.28), зависят от температуры и могут
вычисляться по формуле Филонова —
Рейнольдса. Имеем
v(T) = у,ехр[ —а(Т —
Т,)];
(9.29)
^ш(Тт) =
а(Тт — Т,)],
rAe v. — известная кинематическая
вязкость нефти при температуре Г.; Т
— температура нефти, которая меняется от
сечения к сечению и может быть вычислена по
формуле Шухова (9.24); а — параметр
термовязкограммы, [а] =
К-1.
Пример. Определить вязкость
арланской нефти при температуре 313,2 К, если
ее вязкости при температурах 293 и 303 К
соответственно равны 0,4-10-4
и 0,26-10-4
м2/с.
Решение.
Пусть v. = 0,4-104 м2/с. ТогАа по
формуле (9.28) имеем
v(T) = 0,4-10-4 ехр[-а(Г
— 293)] м2/с.
Используя известную
вязкость при Т = 303 К, нахоАим
параметр а:
а _ 1
_1п°,26-10-4 = 0,042
К-1.
303-293
0,4—10-4
Зная значение
этого параметра, нахоАим искомую вязкость:
v(313,2) = 0,4-10-4 ехр[-0,042(313,2 — 293)] =
0,17-10-4 м2/с.
9.9.
ВЫЧИСЛЕНИЕ ПОТЕРЬ НАПОРА В ТУРБУЛЕНТНОМ
ПОТОКЕ
С этой целью уравнение (9.27)
перепишем
виАе
dH dH
dT
dH_
dT
(9.30)
dx dT dx dT
dT/dx
С помощью уравнения
Шухова запишем уравнение (9.30)
виАе:
iL
dH
dT
(9.31)
Шу^г -T)
В турбулентном
потоке из-за интенсивного переноса тепла и
практического равенства температур
турбулентного ЯАра потока и металла трубы
при вычислении потерь напора по формуле
Лейбензона можно не учитывать
неравномерность профиля температуры. ТогАа
уравнение (9.31) с учетом формул (9.28) и (9.29)
запишем в виАе
0,0247Q1,75v0′25L
exp
-7 a(T-T.) 4
dH
dT
d
^ШуС^ -T)
0,0247Q1,75v0,25Lexp |
—1 ар; -T. )L |
exp |
—1 aT-T.) |
4 |
4 |
Шу^-T)
d
Проинтегрируем
это уравнение по переменной Т,
учитывая ее изменение от температуры
подогрева в начале участка трубопровода
Т0 до температуры в конце
участка (9.25). Имеем
НГК = — К(Ц =
—
I Т0
X — То •
X — Тк хо — Ак
— ~Т~’
Или
dx•
(9.33)
dx,
м;
(9.34)
d 475
Шу
Т
о
Т
AH(L) — K(L)
к
0,0247Q1,75v,0,25L exp |
— 41 ( г — , |
хк exp Г |
— — аТг(х-1) 4 |
d 475Шу |
J хо |
(х-1) |
|
— Т.; AH(L) = |
1-. H — |
0,0247Q1,75v0,25L
exp
— 1 ( г — , |
хк exp |
—1 аТг(х-1) |
4 |
4 |
(х -1)
о
Определенный интеграл, входящий в
эту формулу, может быть вычислен численными
методами интегрирования.
Найденное
значение равняется потерям полного напора
на рассматриваемом участке при
турбулентном режиме течения в зоне
Блазиуса.
9.10. ВЫЧИСЛЕНИЕ
ПОТЕРЬ НАПОРА ПРИ ЛАМИНАРНОМ РЕЖИМЕ
ТЕЧЕНИЯ
При ламинарном режиме течения
профиль температуры более вытянутый вдоль
оси трубопровода, чем в турбулентном
потоке, поэтому при вычислении потерь
напора следует учесть неравномерность
распределения температуры в сечении
трубы.
При стационарном теплообмене в
потоке в трубопроводе, когда не происходит
накопление тепла в сечении, все потоки
тепла (9.11) равны. В частности,
имеем
ndK(TT — Т) =
nda(TK — Г). (9.35)
Из
этого равенства находим температуру
внутренней поверхности трубы
Тм —
Т + K(Тг — Т).
(9.36)
а
В эту формулу входит
коэффициент теплоотдачи а для ламинарного
потока. Чтобы найти его, используем число
Нуссельта
Nu = —^а = —Nu.
(9.37)
—
d
Число Нуссельта
в ламинарном потоке в трубопроводе для
стационарного теплообмена может быть
представлено в виде:
0,14 1 d
Nu =
3,65| LPe
Pe > 1,
L
(9.38)
Nu = 3,65,
d Pe < 1, Pe = —, x = —,
L x
pcv
где Ре — число Пекле,
которое вычисляется по теплофизическим
параметрам нефти.
С помощью формул (9.29) и
(9.36) вычисляем отношение вязкостей в
формуле (9.28)
exp |
_ f(TM _Т,) |
exp |
_ а |
3 |
epx |
_ 3(Тм _ Т) |
= exp |
_ |к |
3 |
3 а |
(9.39)
Чтобы
определить потери на трение, вновь
воспользуемся уравнением (9.31), в которое
подставим выражение для гидравлического
уклона с учетом поправки (9.39)
, , ,-Ov,
exp[_a(T_Т,)]
_ IK (Тг _Т)
3
а
I = 4,15——————
exp
d
4 15 Qv, exp[_a(Tг _Т,
)]exp[_a(T_Тг)] exp
_3 к
(Тг _Т)
3а
d
{л 1
K1 (т т ‘
I1-3
oi(T _Тг
(9.40)
expJ _а
= 415
Qv, _Т,)]
d
Отметим,
что из формулы для вычисления коэффициента
теплопередачи (9.19), следует что отношение
К/а < 1.
Это выражение для
гидравлического уклона в ламинарном потоке
подставляем в уравнение
(9.31)
1-1— |(T-T^ 3а
expB -a
dH
dT
d 5Шу
(Tг -T)
Интегрируем
это уравнение по температуре от начального
Ао конечного ее значения:
f
AH(L) = hJL)
dx;
к
4,15Qv. L exp[-a(Tг-T.)] d
4Шу
0
1 |
L 1 к |
1 |
expB-a |
01-1 — ](x-1) |
F |
D |
1 3 aj |
(x-1)
X
— T0; X —
Tr
(9.42)
X0
— ~ <xk —
— I
гАе Гк, Т0
(9.26).
Пример. Вычислить потери
полного напора при перекачке нефти по
участку трубопровода длиной 100
км и диаметром d = 0,82 м, по которому
перекачивают нефть с расходом G = 510 кг/с.
Температура нефти в начале участка, после
подогрева Т0 = 333 К,
температура грунта Тг = 278
К, с^,
температуры, вычисляемые по
формулам (9.25) и
1900 Дж/(кг-К), а =
0,042К-1, р = 850 кг/м3, К
вязкость нефти v. =
0,9-10-4
м2/с.
3,2 Вт/(м
— К). При 293 К
Решение. Вычисляем число
Шухова
3,14-0,82-3,2-105
0,85.
Шу
51 0 1 900
По формуле (9.25) вычисляем
температуру в конце участка Тк:
Тк = 278 + (333 — 278)ехр[0,85] = 301,5
К.
Вычисляем вязкость нефти в конце
участка: v = 0,9-10-4 ехр[-0,042(301,5 — 293)] =
0,64-10-4 м2/с.
Вычисляем
скорость потока:
510- 4
1,13
м/с.
3,14-850-0,822
Вычисляем число
РейнольАса в конце участка, гАе самая
низкая температура и, слеАовательно,
наибольшая вязкость перекачиваемой
нефти:
Re — 1,13-0,82 —
1,45-104.
0,64- 10-4
Отсюда
слеАует, что на всем участке трубопровоАа
режим течения турбулентный, и Аля
вычисления потерь полного напора можно
использовать формулу (9.34).
Вычисляем
объемный расхоА Q:
510
850
exp
AH(L)
х
0,85
0,0247-0,6
-(0,9-10 )105
0,824‘
—0,042-278(х-1)
4
exp
dx =
0,252-103-1,37-0,64 = 0,221-103
м.
1.08
Нетрудно видеть, что первый
сомножитель 0,252-103 м равен падению
напора на трение при изотермической
перекачке с температурой потока 293 К.
Подогрев нефти до 333 К на входе в
трубопровод несколько уменьшает эти
потери.
Подсчитаем потери
давления
Ap = pgAH =
850-9,81-0,221-103 = 18,43-105 Н/м2 — 18,8
ат.
9.11. ВЫЧИСЛЕНИЕ ПОТЕРЬ НАПОРА ПРИ
РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ТЕЧЕНИЯ НЕФТИ НА
РАССМАТРИВАЕМОМ УЧАСТКЕ
ТРУБОПРОВОДА
Подогретая нефть остывает
в процессе движения, и вязкость ее растет. В
каком-то сечении трубопровода вязкость
нефти может оказаться такой, что
турбулентные пульсации исчезнут, и поток
станет ламинарным.
В этом случае на
рассматриваемом участке трубопровода
будут существовать два режима течения:
турбулентный и ламинарный.
Найдем длины
участков с разными режимами течения, исходя
из того что турбулентный режим течения в
трубе вырождается и переходит в ламинарный
при критическом числе Рейнольдса, равном
2300. Имеем:
Re с = — =
—гUdIT
т )] = Re.
exp[a(Tc-T.)],
Vс V.
exP[-a(Tc-T. )]
Re. = —,
(9.43)
V.
где
Rec — критическое число Рейнольдса;
vc, Тс — соответственно
кинематическая вязкость и температура,
соответствующие критическому числу
Рейнольдса.
Отсюда
Tc = T.
+ 1 ln^c. (9.44)
a
Re.
Эту температуру поАставляем в формулу
Шухова и получаем
Тс =
Тг + (Г0 — Гг)ехр — Шу
Тс > Тг.
(9.45)
Если T€
< T,, то на всем участке трубопровоАа
режим течения турбулентный.
ОтсюАа
опреАеляем АДину участка трубопровоАа L,.,
на котором режим течения —
турбулентный
Lт — -Шг^^, Тс
> Тг. (9.46)
Шу
T0-Tг
На остальной части трубопровоАа
режим течения — ламинарный.
Пример.
Найти длину участка трубопровода, на
котором режим течения турбулентный. Длина
трубопровода L = 100 км, диаметр d = 0,82 м, расход
G = 510 кг/с, р = 850 кг/м , а = 0,08
К-1. При температуре Т„ = = 293
К вязкость нефти v. =
20-10-4 м2/с.
Начальная температура Т0 =
= 333 К, Тг = 278 К, коэффициент
теплопередачи К = 3,2 дЖ/(кг-К), с^, = = 1900
ДжУ(кг-К).
Решение. НахоАим
скорость потока
510-4
,,п ,
и
— — — 1,13 м/с.
3,14-850-0,822 Вычисляем
Re,:
„ 1,13-0,82
Re. — —-1— —
463.
20-10-4
По формуле (9.44) нахоАим
температуру Тс:
1
2 3 03
Тг — 293
+ —— 1п 2,3 10
— 293 +
20 = 313
К.
0,08
4,63-102
Вычисляем число
Шухова:
3,14-0,82-3,2-105
„ос
Шу —
——!—1— — 0,85.
510-1900
По
формуле (9.46) вычисляем Алину участка с
турбулентным режимом течения L^
.
105 , 313-278 „о
щз
L.,. ——1п- — 53,2-103 м.
0,85
333- 278
На остальной части
трубопровоАа Алиной 46,8 км режим течения
буАет отличным от
турбулентного.
ПаАение напора на трение
буАет равняться сумме напоров на трение на
участках с различными режимами
течения
AH(L) = hT(L)
= hT(LJ +
hr(LJ, LK
= L —
LT.
(9.47)
Соответствующие потери
напора равны: AH(LJ = hr(L)
0,0247Ql75v0,25Lexp
—1 о(Тг-Т. )L |
X0 exp |
— |
4 |
4 |
(x-1)
с
dx,
d
475Шу
T
Xc =
Tc-c t„
(9.48)
и
AH(LJ = h^LJ =
4,15Qv.Lexp[
a(Tr T.)]
x
d 4Шу
—Q|i-1 — |Tr(x-1) 3
a
xc exp
dx.
(9.49)
(x-1)
к
Температура Tc
выгаисляется по формуле (9.44). Конечную
температуру найдем, подставив в формулу
Шухова (9.24) длину ламинарного участка
Lл и вместо температуры подогрева
Т0 критическую
температуру Тс.
Имеем:
Гк = T(L) = Т„ +
(Г,
(9.50)
Зная эти величины,
нетрудно найти потери напора на участках с
различными режимами течения и общие потери
напора на всей длине рассматриваемого
участка.
9.12. ПЕРЕКАЧКА
ВЫСОКОВЯЗКИХ И ЗАСТЫВАЮЩИХ НЕФТЕЙ В СМЕСИ С
УГЛЕВОДОРОДНЫМИ
РАЗБАВИТЕЛЯМИ
Эффективным способом
трубопроводного транспорта высоковязких и
застывающих нефтей является перекачка их
смесей с другой маловязкой нефтью или
конденсатом.
Разбавители уменьшают
вязкость и плотность перекачиваемой нефти,
но повышают давление упругих
паров:
Ру.р.н > Ру.н,
(9.51)
260 где рур.н —
давление упругих паров разбавленной нефти,
рун — давление упругих паров нефти до
разбавления.
Из неравенства (9.51) следует,
что при перекачке разбавленной нефти
подпорные давления на головной
перекачивающей станции и промежуточных
станциях должны быть больше, чем при
перекачке исходной нефти.
Это
обстоятельство и различие вязкостей и
плотностей (последнее можно не учитывать в
расчетах из-за малой разности плотностей по
сравнению с различием вязкостей) приводит к
заметному различию совмещенных
характеристик (рис. 9.6).
Видно, что
гидравлические характеристики
трубопровода пересекаются в некоторой
точке, которой соответствует расход смеси
Q*. Для расходов меньших этого
значения напоры при перекачке разбавленной
нефти будут больше, чем при перекачке
исходной нефти из-за большего подпора
необходимого при перекачке смеси. Для
Q > Q* наоборот напор при
перекачке разбавленной нефти всегда будет
меньше напора при перекачке исходной
нефти.
Давление упругих паров
разбавленной нефти и ее вязкость зависят от
температуры и количества маловязкой нефти
или конденсата, добавленных в
нефть.
Вязкость разбавленной
нефти
Н
Рис.
9.6. Совмещенные (Q — ^-характеристики участка
трубопровода и перекачивающей
станции:
1 — для исходной нефти; 2
— для разбавленной нефти
Q* Q
Р
где vр.н vн.
vр
разбавленной, исходной нефти,
разбавителя; с — концентрация
разбавителя.
Объемная концентрация
разбавителя
р
с
Ун
+Ур
(9.53)
где Ур, Ун —
объем соответственно разбавителя и нефти в
резервуарах.
Эту же формулу из-за
гомогенности смеси можно переписать,
используя расходы разбавителя Ор и
нефти Он:
(9.54)
с
Уравнение для гидравлической
характеристики трубопровода при перекачке
разбавленной нефти имеет вид:
(О +О
)2-mvm
Нр = в ^ L + Az + H р.к
=
d
_f in vl]
/
1+X v р )
+
Az + H
(9.55)
в
р.к’
d
/-ч2-m mjfi
. -v’2— m
Он
v н L(1+X) exp
5- m
где H = -^;
Hр.к= -P*
-‘; Po, Рк —
давление соответственно
Рр.н?
‘ Рр.н?
начале и
конце участка трубопровода.
Потери
полного напора на трение соответственно
равны:
О 2-m v m j
AH(L) =
hT(L) = вvнLd ‘
X)2-m^
-(1 + X)2-m exp
d
или
.f mx_ in
О
/ 1+X v р )
О 2-m v m j
; h^ = в
Он /н L ,(9.56)
d
AH(L) = hr(L) = h^(1 + X)2-m
exp
здесь m
соответствует режиму перекачки нефти с
разбавителем и может отличаться от этого
показателя при перекачке неразбавленной
нефти с расходом
Он.
ГиАравлические характеристики
насосных агрегатов и перекачивающей
станции тоже зависят от X:
Hр —
a — Ь(Х)0н~т(1 +
X)2-m. (9.57)
Если заАан
расхоА нефти, то уравнение баланса напоров
служит Аля опреАеления значения X и,
слеАовательно, количества
разбавителя
H®р.н + a —
b(X)Q^m(1 + X)2-m
+
Az + HVK, (9.58)
— htH(1
+ X) exp
гАе Н8рн(Х) —
кавитационный запас, который Аолжен
уАов-летворять условию
Д^.н
> (9.59)
рр.н
g
ОпреАелив значение X, суммарный
расхоА Q нефти и разбавителя можно
найти по формуле
Q = 0н(1 + X).
(9.60)
После этого с помощью
уравнения Аля гиАравлической
характеристики перекачивающей станции
(выражение слева в (9.58)) можно найти напор в
начале трубопровоАа, который не Аолжен
превышать преАельно Аопустимого
значения.
Затем с помощью уравнения Аля
гиАравлической характеристики
рассматриваемого участка трубопровоАа (9.55)
слеАу-ет найти напор в конце участка и
убеАиться, что выполняется условие (9.59).
Если указанные ограничения выполняются, то
объем разбавителя выбран правильно и
заАанный расхоА нефти можно перекачать по
рассматриваемому участку
неф-тепровоАа.
9.13.
ПЕРЕКАЧКА ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБОТАННЫХ
НЕФТЕЙ
Практика «горячей»
перекачки показала, что можно снизить
вязкость высокопарафинистой нефти путем ее
термообработки, которая поАразумевает
нагрев нефти ао опреАеленной температуры
выше температуры плавления парафина
(поряАка 363 К) с послеАующим охлажАением в
Аина-мическом и статическом режимах с
заАанной скоростью (10 — 20 К/ч).
Термообработка позволяет улучшить
реологические свойства только тех
парафинистых нефтей, в которых имеются
асфальтосмолистые вещества.
При нагреве
нефти в процессе термообработки твердые
парафиновые углеводороды растворяются. При
ее охлаждении начинают образовываться
кристаллы парафинов, которые вступают в
контакт с асфальтосмолистыми веществами.
При этом изменяется форма парафиновых
кристаллов, и в результате этого
уменьшается температура застывания
нефти.
Скорость охлаждения при
термообработке имеет существенное
значение. Изменяя темп охлаждения, можно
изменять соотношение между скоростью роста
образовавшихся кристаллов и скоростью
возникновения новых центров
кристаллизации.
Для каждой
высокопарафинистой нефти существует
определенный темп охлаждения, при котором
температура застывания, эффективная
вязкость и статическое напряжение сдвига
оказываются минимальными.
Для
большинства схем термообработки
первоначальное охлаждение рекомендуется
производить в движении, перекачивая
горячую нефть через теплообменники.
Последующее охлаждение ведется в
статических условиях с заданной скоростью.
Магистральный трубопровод для перекачки
термообработанной нефти отличается от
обычного изотермического только наличием
пункта термообработки на головной насосной
станции.
Основные недостатки этого
метода состоят в том, что повторный нагрев
термообработанной нефти (до 300 — 320 К) в
значительной степени снижает эффект
термообработки. Кроме того реологические
характеристики термообработанной нефти
ухудшаются при хранении.
9.14. ПРИМЕНЕНИЕ
ДЕПРЕССОРНЫХ ПРИСАДОК ПРИ ТРУБОПРОВОДНОМ
ТРАНСПОРТЕ ВЫСОКОПАРАФИНИСТЫХ
НЕФТЕЙ
Перспективным способом
перекачки по трубопроводам
высокопарафинистых нефтей является их
обработка депрессорными присадками,
незначительное количество которых
существенно улучшает реологические
свойства этих нефтей. В настоящее время
известен ряд соединений в 264 той или иной
степени снижающих температуру застывания и
улучшающих реологические свойства
высокозастывающих нефтяных систем. Это
прироАные асфальтосмолистые вещества,
некоторые углевоАороАы, и полимерные
соеАинения. Наибольшей Аепрессорной
активностью облаАают полимеры с высокой
молекулярной массой.
ЛиАирующее
положение среАи Аепрессорных присаАок
занимают Аобавки на основе сополимеров
этилена, имеющие молекулярную массу 20000 — 22000
при соАержании звеньев винилацетата 25-27 %,
которые являются Аоступным и Ае-шевым
нефтехимическим сырьем.
Товарные формы
Аепрессорных присаАок, как правило,
преАставляют собой 20-30 % растворы
сополимеров в угле-воАороАных
растворителях, например, толуоле, газойле
каталитического крекинга, Аизельном
топливе и т.А.
Кроме сополимеров этилена,
основой промышленно выпускаемых
Аепрессоров аля нефтей служат сополимеры
ал-кил(мет)акрилатов. На базе этих
соеАинений созАаны при-саАДИ,
использующиеся на нефтепровоАах нашей
страны; ДН-1 (Россия) и ЕСА-4242 (ЭССО
ХЕМИКАЛ).
Депрессорные присаАки не
являются растворителями кристаллического
парафина, поэтому они практически не меняют
температуру кристаллизации и количество
парафина, вы-паАающего при снижении
температуры нефти.
Механизм Аействия
Аепрессорной присаАки, привоАящий к
заметному снижению температуры застывания
(почти на 20 °С), состоит в том, что присаАка
изменяет размеры, форму и строение частиц
Аисперсной фазы высокозастывающей нефти
таким образом, что возникающая при низких
температурах структура оказывается менее
прочной и не мешает течению поАвижной части
нефти.
Степень снижения температуры
застывания и улучшения реологических
свойств (статического и преАельного
напряжений сАвига) нефтей зависит от
концентрации Аепрессора, со-Аержания в
нефти естественных ПАВ (смол и асфальтенов),
парафиновых углевоАороАов и их
молекулярной массы.
Наибольший эффект
от обработки нефти присаАкой на-блюАается
там, гАе соотношение процентных соАержаний
смол к парафинам меньше 2. Для обеспечения
работы магистрального трубопровоАа при
перекачке высокопарафинистой нефти
Аостаточно обработать Аепрессорной
присаАкой ее объем оаин раз, например, на
головной насосной станции.
Депрессорные
присаАки Аолжны ввоаиться в
высокозас-тывающую нефть, нагретую выше
температуры начала кристаллизации
парафинов (60 — 70 °С). В месте ввода нагретой
нефти в трубопровод режим течения должен
быть турбулентным, что создает
благоприятные условия для равномерного
перемешивания присадки и нефти. Присадка
подается в нефтепровод через форсунку с
помощью
насоса-дозатора.
Технологическая схема
установки для подготовки депрес-сорной
присадки к вводу ее в магистральный
нефтепровод зависит от товарной формы
присадки, и здесь возможны различные
варианты. Депрессорная присадка
поставляется в виде пасты с содержанием
сополимера (активной части присадки) 20 — 30 %
в таре (например, в 200-литровых бочках). В
этом случае депрессор перед подачей в
трубопровод растворяют в перекачиваемой
нефти на специальной установке,
расположенной в непосредственной близости
от места ввода. В ее состав входят: два
резервуара-смесителя для получения
раствора присадки в нефти с устройствами
для подъема бочек на крыши и их опорожнения,
насосы для заполнения этих емкостей с
нефтью и ее перемешивания,
емкость-накопитель для хранения
концентрата, насосы-дозаторы для его подачи
в нефтепровод. Все резервуары установки
оборудованы секционными
подогревателями.
Процесс приготовления
раствора происходит при температуре 50 — 60
°С и циркуляционном перемешивании в
резервуарах-смесителях, которое
осуществляется путем подачи нефти через
сопла, установленные на дне резервуаров.
Резервуары работают поочередно: в одном из
них готовится раствор, а из другого в это
время ведутся его дозировка и впрыск в
поток нефти. Затем резервуары меняются
ролями.
Активная часть депрессорной
присадки может поставляться в виде гранул.
В этом случае необходимо растворить
полученный сополимер в выбранном
углеводородном растворителе и получить
присадку — жидкость заданного состава и
качества, которая затем вводится в
трубопровод с нефтью через форсунку. В этом
случае узел приготовления и ввода присадки
в нефтепровод состоит из смесителей —
аппаратов с рамными перемешивающими
устройствами и терморубашками, помещения с
насосными агрегатами, операторной,
обогреваемых емкостей с растворителем и
холодного склада для хранения
сополимера.
Типичное оборудование узла
приготовления и ввода депрессорной
присадки в нефтепровод делится на основное
(технологическое) и вспомогательное. К
основному относится оборудование
растворения сополимера и подачи присадки в
нефтепровод, а к вспомогательному —
система обеспечения 266
Рис.
9.7. Принципиальная технологическая схема
узла приготовления и ввода депрессорной
присадки в трубопровод:
Е-1, Е-2 —
обогреваемые емкости с растворителем; Е-3,
Е-4, Е-5 — аппараты с рубашкой с рамным
перемешивающим устройством; Н-1, Н-2 — насосы
для подачи растворителя в аппараты с рамным
перемешивающим устройством; Н-3, Н-4 —
плунжерные насосы-дозаторы для подачи
готовой присадки в нефтепровод; Сч-1 —
расходомер на линии подачи растворителя;
Сч-2 — расходомер на линии подачи
присадки
и распределения
теплофикационной воды с начальной
температурой 130 °С при давлении 3,5 — 4,0
кг/см2.
Рассмотрим технологические
операции при приготовлении и вводе
депрессорной присадки в нефтепровод (рис.
9.7).
Дизельное топливо из емкости Е-1 (Е-2)
шестеренным насосом Н-1 (Н-2) подается
поочередно в один из смесителей (Е-3, Е-4, Е-5),
в котором нагревается до температуры не
менее 80 °С путем подачи в его терморубашку
максимального количества теплоносителя.
Сополимер из упаковочных мешков засыпается
в смеситель Е-3 (Е-4, Е-5). При этом
продолжается максимальная подача
теплоносителя в рубашку смесителя до тех
пор, пока температура в аппарате не
достигнет необходимого для растворения
сополимера значения.
Затем количество
подаваемого теплоносителя уменьшается до
значения, компенсирующего тепловые
потери.
По завершению процесса
растворения готовая присадка из смесителей
поступает на насос-дозатор Н-3 (Н-4) и затем в
трубопровод через форсунку. По мере
расходования готовой присадки из первого
аппарата начинается приготовление ее во
втором аппарате, затем в третьем и т.д.
Расход растворителя и количество вводимой
присадки в нефтепровод контролируются
расходомерами Сч-1 и Сч-2
соответственно.
Концентрация вводимого
депрессора зависит от цели, с которой он
применяется. Для обеспечения перекачки
высо-копарафинистой нефти по
магистральному трубопроводу нефть
достаточно обработать 0,05 — 0,2 % (по массе)
присадки. Для уменьшения парафинизации
внутренней поверхности оборудования и
исключения ручной зачистки резервуаров,
танкеров и других объектов в нефть
достаточно ввести присадку в количестве 0,02
— 0,05 % (по массе).
В местах, где возникает
ламинарный режим течения
высо-козастывающей нефти, присадку следует
вводить только в пристенный слой жидкости,
нагретый до нужной температуры. Разогрев
кольцевого слоя нефти может осуществляться
как с помощью паровой рубашки,
смонтированной вокруг трубы, так и гибкими
(ленточными) электрическими нагревателями.
Такая технология применения депрессорной
присадки позволяет в 7—10 раз сократить ее
расход при той же гидравлической
эффективности и снизить энергозатраты на
нагрев нефти. Однако она эффективна на
трубопроводах с одной насосной станцией. На
трубопроводах с несколькими насосными
станциями присадку необходимо вводить
после каждой из них, так как при прохождении
насосных агрегатов пристенный слой нефти с
депрессором разрушается.
Для практических расчетов часто
используется относительная плотность газа
по воздуху р, равная отношению плотности
газа р к плотности воздуха р„, взятой при
тех же давлении и температуре,
Р =
р/рв-
Относительная
плотность удобна тем, что не зависит от
температуры и давления, если пренебречь
различием в коэффициентах
сверхсжимаемости воздуха и газа. При
определении относительной плотности газа
следует иметь в виду, что нормальными
условиями в физике считаются О °С и 760 мм рт.
ст., в газовой промышленности мри
определении объемов газа — 20 °С и 760 мм рт.
ст. Плотность воздуха соответственно равна:
при 20 °С и атмосферном давлении рв =
1,205 кг/м3, при 0 °С и том же давлении
рв = 1,293
кг/м3.
Пример. Рассчитать
плотность газа заданного состава при р
— 150 кгс/см2 и t = = 30
°С.
Расчет плотности газа при 20 °С и
760 мм рт. ст. по его составу приведен в табл.
II. 4.
Таблица 11.4
Расчет плотности
газа
об.%
V
Состав газа
[(по табл. II.
1),
*>ixi
сн4 |
74,10 |
0,6679 |
0.4949 |
с,н, |
7,48 |
1,2630 |
0,0964 |
С,н8 |
3,37 |
1,872 |
0,0630 |
С4Н,о |
0,76 |
2,4859 |
0,0188 |
С*н10 |
1,68 |
2,5185 |
0,0423 |
CtHi, |
0,57 |
3,221 |
0,0183 |
С*Нц |
0,32 |
3,221 |
0,0103 |
свн14. |
0,63 |
3.583 |
0,0225 |
n2 |
6,09 |
1.1651 |
0,0709 |
H2S |
2,00 |
1,434 |
0,0286 |
со* |
3,00 |
1,842 |
0,0552 |
= 100,00 |
= |
||
р |
н 0,9192 кг/’м3. |
р = 0,9192/1,205 = |
0,7628. |
По формуле (II.6) принимая 2=1,
получим
I 9Q3
Р
=П‘9192 Ш32163 = 129‘04
кг/мЯ—
Пример. Определить
плотность газоконденсатной смеси при
следующих исходных
данных:
плотность газа после сепаратора при 20 °С и
760 мм рт. ст. р = 0,723 кг/м* (р = = 0,6), плотность
конденсата рк = 740 кг/м3,
содержание конденсата в газе 300
cmVm3,
дебит газа 200 тыс.
м3/сут, молекулярная масса конденсата
Л! = 149кг/кмоль. Определяем суточный дебит
конденсата
QK = 0,3
10“3 200 103 =60 м3/сут
По
формуле (II.9) рассчитаем
740
а«=24Ш=119‘2—
По
формуле (11.8) найдем р
см
_ 0,723-200′ IQ3 -j- 740
60 Рсм 200 103 + 119,2-60 ’
1 ’
11.3. КРИТИЧЕСКИЕ И ПРИВЕДЕННЫЕ
ПАРАМЕТРЫ ГАЗА
Основные параметры,
характеризующие состояние газа, — объем,
давление и температура. Уравнение,
связывающее эти параметры, называется
уравнением состояния газа.
Уравнение
состояния идеальных газов pV = RT
получено из условия отсутствия
мсжмолекулярного взаимодействия и объема
молекул. Однако молекулы реальных газов
имеют конечные размеры и оказывают
значительное взаимное влияние, поэтому для
характеристики реальных газов необходимы
дополнительные (характеристические)
параметры, связанные с определенным
потенциалом межмолекулярного
взаимодействия. Эти параметры
характеризуют расстояние межмолекулярного
взаимодействия о и минимальную
потенциальную энергию соударения
е0.
Для веществ, молекулы которых
характеризуются постоянным несимметричным
распределением заряда (полярных веществ),
потенциал межмолекулярного взаимодействия
характеризуется также некоторыми
дополнительными параметрами. В качестве
полярных соединений можно назвать
содержащуюся в продукции скважин воду,
вводимые в скважину метанол, соляную
кислоту, к слабо полярным веществам
относится сероводород. Все углеводородные
компоненты природного газа, а также азот и
углекислый газ относятся к неполярным
соединениям. Обобщенные уравнения
состояния реальных газов, константы
которого непосредственно связаны с
описанными характеристическими
параметрами, построенные на строгой
теоретической основе, сложны для
использования в связи с громоздкостью
расчетов, а часто и с отсутствием
необходимых данных. Поэтому для расчета
состояния реальных газов и их свойств
основываются обычно на экспериментальных
данных, используемых либо непосредственно,
либо для построения эмпирических формул
или уравнений.
В инженерных расчетах
чаще всего пользуются обобщенным
уравнением Менделеева—Клапейрона,
в которое вводится
коэффициент, учитывающий
отклонение реальных
газов от
закона идеального,
названный
коэффициентом
сверх
сжимаемости
газа,
pV = zRT,
(11.10)
Заменив удельный объем
плотностью газа, получим это же уравнение в
более распространенном виде
p=pzRT,
(11.11)
где z — безразмерный
коэффициент сверхсжимаемости газа; R —
газовая постоянная, м/°С.
Критическим
называется такое состояние вещества, при
котором плотность вещества и его
насыщенного пара равны друг другу.
.Параметры, соответствующие этому
состоянию, называются критическими
параметрами.
Для природного газа,
являющегося смесью углеводородных и
неуглеводород-иых компонентов, критические
параметры определяются как
псевдокритические по составу
газа.
Когда природный газ содержит
меньше 10 об.рь высококипящих
углеводородных фракций и неуглеводородиых
компонентов, псевдокритические параметры
определяются по
формулам
П
Рп.кр = 2
XiPKрЬ (П-12)
i=l
п
Т’п.кр==5] xlT«pit
(11.13)
1=1
где Рп.кр —
псевдокрнтическое давление газа,
кгс/см2; Тп.кр —
псевдокритическая температура, К; р*р;.
TKpi — критическое давление и
температура i-го компонента соответствэнно,
определяемые по табл. II.1; х{-—молярное
(объемное) содержание i-го
компонента.
Для газов газоконденсатных
месторождений, а также газов, содержащих
свыше 10 об. % тяжелых углеводородных и
неуглеводородных
компонентов,
конденсата Оренбургского
месторождения, могут быть использованы для
одоризации природного газа.
В газах
встречаются также органические сульфиды,
однако они инертнее тиолов. Обычно в газе
присутствуют сульфиды, содержащие не более
шести углеродных атомов в молекуле.
Сульфиды хорошо растворяются в
углеводородах, температура кипения их выше,
чем соответствующих тиолов; с увеличением
молекулярной массы углеводородного
радикала она растет. Сульфиды более
устойчивы к нагреву, чем тиолы. Дисульфиды
также легко растворяются в углеводородах и
других органических растворителях. В
присутствии кислорода и сероводорода, а
также тиолов дисульфиды способны
переходить в трисуль-фиды и тетрасульфиды.
При термических превращениях дисульфиды
образуют тиолы, сероводород и
сульфиды.
1.3.
ВЛАГОСОДЕРЖАНИЕ ПРИРОДНЫХ
ГАЗОВ
Природные и нефтяные газы в
условиях пласта находятся в контакте с
водой и насыщаются ее парами. Количество
воды в добываемом газе зависит от давления
и температуры системы, а также от состава
газа и минерализации пластовой
воды.
Максимальная концентрация
влаги в газе соответствует его равновесной
влагоемкости. Для проектных расчетов
равновесную влагоемкость газа можно
определять уравнением Букачека
Ь
= (А/10,2 р + Б),
(1.1)
где b — равновесная
влагоемкость газа, г/м3; р —
давление в системе, МПа; А — равновесная
влагоемкость идеального газа при
атмосферном давлении, г/м3; Б —
коэффициент, показывающий разницу
влагоемкости реального и идеального газов.
Значения коэффициентов А и Б приведены в
табл. 1.5.
Таблица 1.5
Значения
коэффициентов А и Б для уравнения
(1.1)
t, ‘С |
А |
Б |
t, *с |
А |
Б |
-40 |
0,1451 |
0,00347 |
30 |
32,3000 |
0,17400 |
-39 |
0,1616 |
0,00375 |
31 |
34,2000 |
0,18175 |
-38 |
0,1780 |
0,00402 |
32 |
36,1000 |
0,18950 |
-37 |
0,1985 |
0,00434 |
33 |
38,3000 |
0,19825 |
-36 |
0,2189 |
0,00465 |
34 |
40,5000 |
0,20700 |
-35 |
0,2430 |
0,00502 |
35 |
42,8500 |
0,21550 |
-34 |
0,2670 |
0,00538 |
36 |
45,2000 |
0,22400 |
-33 |
0,2953 |
0,00581 |
37 |
48,0000 |
0,23325 |
г. |
А |
Б |
t.’C |
А |
Б |
-32 |
0,3235 |
0,00623 |
38 |
50,8000 |
0,24250 |
-31 |
0,3573 |
0,00667 |
39 |
53,5250 |
0,25275 |
-30 |
0,3910 |
0,00710 |
40 |
56,2500 |
0,26300 |
-29 |
0,4313 |
0,00758 |
41 |
59,4750 |
0,27400 |
-28 |
0,4715 |
0,00806 |
42 |
62,7000 |
0,28500 |
-27 |
0,5188 |
0,00864 |
43 |
65,9750 |
0,29750 |
-26 |
0,5660 |
0,00921 |
44 |
69,2500 |
0,31000 |
-25 |
0,6218 |
0,00982 |
45 |
72,9750 |
0,32250 |
-24 |
0,6775 |
0,01043 |
46 |
76,7000 |
0,33500 |
-23 |
0,7433 |
0,01106 |
47 |
80,9500 |
0,34900 |
-22 |
0,8090 |
0,01168 |
48 |
85,2000 |
0,36300 |
-21 |
0,8845 |
0,01254 |
49 |
89,6000 |
0,37700 |
-20 |
0,9600 |
0,01340 |
50 |
94,0000 |
0,39100 |
-19 |
1,0520 |
0,01425 |
51 |
98,7500 |
0,40650 |
-18 |
1,1440 |
0,01510 |
52 |
103,5000 |
0,42200 |
-17 |
1,2470 |
0,01630 |
53 |
108,7500 |
0,43800 |
-16 |
1,3500 |
0,01750 |
54 |
114,0000 |
0,45400 |
-15 |
1,4700 |
0,01839 |
55 |
120,0000 |
0,47050 |
-14 |
1,5900 |
0,01927 |
56 |
126,0000 |
0,48700 |
-13 |
1,7290 |
0,02041 |
57 |
132,0000 |
0,50400 |
-12 |
1,8680 |
0,02155 |
58 |
138,0000 |
0,52100 |
-11 |
2,0280 |
0,02223 |
59 |
145,0000 |
0,54150 |
-10 |
2,1880 |
0,02290 |
60 |
152,0000 |
0,56200 |
-9 |
2,3690 |
0,02500 |
61 |
159,2500 |
0,58050 |
-8 |
2,5500 |
0,02710 |
62 |
166,5000 |
0,59900 |
-7 |
2,7700 |
0,02873 |
63 |
174,9000 |
0,62200 |
-6 |
2,9900 |
0,03035 |
64 |
183,3000 |
0,64500 |
-5 |
3,2350 |
0,03208 |
65 |
191,9000 |
0,66800 |
-4 |
3,4800 |
0,03380 |
66 |
200,5000 |
0,69100 |
-3 |
3,7550 |
0,03575 |
67 |
209,7500 |
0,71600 |
-2 |
4,0300 |
0,03770 |
68 |
219,0000 |
0,74100 |
-1 |
4,3500 |
0,03975 |
69 |
228,7500 |
0,76700 |
0 |
4,6700 |
0,04180 |
70 |
238,5000 |
0,79300 |
1 |
5,0350 |
0,04410 |
71 |
249,2500 |
0,81700 |
2 |
5,4000 |
0,04640 |
72 |
260,0000 |
0,84100 |
3 |
5,8125 |
0,04895 |
73 |
271,5000 |
0,87150 |
4 |
6,2250 |
0,05150 |
74 |
283,0000 |
0,90200 |
5 6 |
6,6875 7,1500 |
0,05430 0,05710 |
75 76 |
294,5000 306,0000 |
0,93350 0,96500 |
7 |
7,6750 |
0,06005 |
77 |
320,5000 |
0,99400 |
8 |
8,2000 |
0,06300 |
78 |
335,0000 |
1,02300 |
9 |
8,7950 |
0,06630 |
79 |
349,0000 |
1,05300 |
10 |
9,3900 |
0,06960 |
80 |
363,0000 |
1,08300 |
И |
10,055 |
0,07315 |
81 |
378,5000 |
1,11550 |
12 |
10,720 |
0,07670 |
82 |
394,0000 |
1,14800 |
13 |
11,555 |
0,0811 |
83 |
410,50 |
1,17650 |
14 |
12,3900 |
0,08550 |
84 |
427,00 |
1,2050 |
15 |
13,1650 |
0,08925 |
85 |
443,50 |
1,220 |
16 |
13,9400 |
0,09300 |
86 |
462,00 |
1,25000 |
17 |
14,8450 |
0,09750 |
87 |
481,5000 |
1,27000 |
18 |
15,7500 |
0,10200 |
88 |
501,0000 |
1,29000 |
19 |
16,8100 |
0,1070 |
89 |
519,2500 |
1,30850 |
20 |
17,87 |
0,1120 |
90 |
537,5000 |
1,32700 |
21 |
19,01 |
0,1174 |
91 |
560,0000 |
1,34600 |
22 |
20,1500 |
0,1227 |
92 |
582,5000 |
1,36500 |
23 |
21,475 |
0,1285 |
93 |
603,2500 .. . |
1,38500 |
Показатели |
Метан |
Этан |
Пропан |
Изобутан |
Нормальный бутан |
Изопентан |
Нормальный пенган |
Гексан |
Химическая формула |
СН, |
стг 30,070 |
С;,На |
/-С ,Н,0 |
111 |
1-С,Н12 |
Л’СЛН,2 |
с„нм |
Молекулярная масса |
16,043 |
44,097 |
58,124 |
58,124 |
72,151 |
72,151 |
86,178 |
|
Массовая |
74,87 |
79,96 |
81,80 |
82,66 |
82,66 |
83,23 |
83,23 |
83,62 |
Газовая |
521 |
278 |
189 |
143 |
143 |
115 |
115 |
96 |
Температура плавления при 0,1013 МПа, |
— 182,5 |
— |
— 187,5 |
-145,0 |
-135,0 |
— 160,6 |
— 129,7 |
-95,5 |
Температура |
-161,3 |
-88,6 |
-42,2 |
-10,1 |
-0,5 |
+ |
+ 36,2 |
+ |
температура, |
190,7 |
306,2 |
369,8 |
407,2 |
425,2 |
461,0 |
470,4 |
.508,0 |
абсолютное |
4,7 |
4,9 |
4,3 |
3,7 |
3,8 |
3,3 |
3,4 |
3,9 |
плотность, |
162,0 |
210,0 |
225,5 |
232,5 |
225,2 |
232,0 |
… |
|
удельный объем, м3/кг |
0,0062 |
0,0047 |
0,0044 |
0,0043 |
0,0044 |
0,0043 |
… |
|
Плотность |
0,717 |
1,344 |
1,967 |
2,598 |
2,598 |
3,220 |
3,220 |
3,880 |
Относительная плотность газа по |
0,5545 |
1,038 |
1,523 |
2,007 |
2,007 |
2,488 |
2,488 |
2,972 |
Удельный |
1,400 |
0,746 |
0,510 |
0,385 |
0,385 |
0,321 |
0,321 |
0,258 |
Плотность в жидком состоянии при |
416 |
546 |
585 |
582 (при 0°С) |
600 (при 0°С) |
625 |
637 |
664 |
газа при |
2220 |
1729 |
1.560 |
1490 |
1490 |
1450 |
1450 |
1410 |
газа при постоянном объеме |
1690 |
1430 |
1350 |
1315 |
1315 |
1290 |
1290 |
1272 |
Отношение |
1,314 |
1,209 |
1,155 |
1,133 |
1,133 |
1,121 |
1,124 |
1,108 |
Теплота |
570 |
490 |
427 |
352 |
394 |
357 |
341 |
341 |
Теплота плавления при 0,1013 МПа, |
60,8 |
95,2 |
80,1 |
7/,6 |
75,5 |
70.9 |
46,3 |
151,5 |
Теплопроводность при 273 К, Bi/(m • К) |
0,299 |
0,0181 |
0,0148 |
0,0135 |
0,0133 |
0.0128 |
0,0128 |
— |
Октановое число Теплота сгорания |
125 |
125 |
125 |
99 |
91 |
|||
высшая |
55,7 |
52,0 |
49,9 |
49.5 |
49,5 |
49.3 |
49,3 |
48,7 |
низшая |
50,2 |
47,4 |
46,4 |
4.5,7 |
45,7 |
45,4 1 |
45,4 |
4.5,2 |
высшая |
37,3 |
66,2 |
93,9 |
121,7 |
121,7 |
1.50,0 |
150,0 |
178,2 |
низшая Количество воздуха для сжигания: |
33,6 |
60,4 |
86,3 |
108,6 |
108,6 |
134,0 |
134,0 |
158,5 |
1 м3 газа, m’Vm3 |
9,54 |
16,67 |
23,82 |
30,97 |
30,97 |
38,11 |
38,11 |
45,26 |
1 кг газа, кг/кг |
17,22 |
16,10 |
15,65 |
15,43 |
15,43 |
15,30 |
15,30 |
15,21 |
Температура |
680- 750 |
530- 605 |
510 — 580 |
475-550 |
475 — 550 |
|||
Теоретическая температура Предел взрываемосги, % |
1830 |
2020 |
2043 |
2057 |
2057 |
2080 |
2080 |
2090 |
высший |
14,9 |
12,5 |
9,5 |
8,4 |
8,5 |
… |
7,8 |
6,9 |
низший |
5,35 |
3,20 |
2,30 |
1,80 |
1,90 |
1,32 |
1,40 |
1,25 |
Объем газа |
442,1 |
311,1 |
2/2.9 |
229,4 |
237.5 |
204,6 |
206.6 |
182,0 |
Коэффициент динамической вязкости |
10,3 |
8,3 |
7.5 |
6,9 |
6,9 |
6,2 |
6,2 |
5,9 |
Критический коэффициент |
0,290 |
0,285 |
0,277 |
0,283 |
0,274 |
0,268 |
0,269 |
0,264 |
Критический |
99,5 |
148,0 |
200,0 |
263,0 |
255,0 |
308,0 |
311,0 |
368,0 |
Ацентрический фактор w |
0,013 |
0,105 |
0,152 |
0,192 |
0,201 |
0,208 |
0,252 |
0,290 |
10А1ЁЛ ЁАхАШАЛ
АЙЁООЁВ 1ЁАЙО1А , ША1А1ёВ ЙЁАА^Ё1 I
ШЁАёО дЛЁА I х ЁАА 1ЁВ
аёАаА Ё dAH
1ОА
Вскрытие пластов бурением и
освоение скважин, ремонтные работы в
скважине с непременным их глушением и
последующее их освоение — операции в
значительной степени идентичные не только
по характеру исполнения работ, но и по
физико-химической сущности. В процессе этих
работ под действием бурового раствора или
жидкости глушения снижается проницаемость
ПЗП; возникает необходимость осваивать
скважины и не всегда этот процесс проходит
легко. Имеется немало отличий, однако
оценка качества работ может быть проведена
в известной мере одинаково.
Во всех
случаях необходимо планировать проведение
гидродинамических исследований (в том
числе на соседних скважинах) с целью
оценить качество вскрытия пласта,
эффективность перехода от жидкости
глушения на рабочую жидкость и освоения
скважины.
Под качеством технологии
вскрытия пласта, ремонта скважины и ее
освоения следует понимать степень
изменения гидропроводности пласта (ПЗП)
после выполнения соответствующей
операции.
Можно условно принять, что
технология работ в пласте включает в себя
следующие управляемые элементы: способ
вскрытия пласта, режимы промывки, тип и
компонентный состав бурового раствора,
промежуток времени от момента полного
вскрытия продуктивного пласта до момента
цементирования, тип и характер химической
обработки цементного раствора, характер
перфорации, среду, в которой она
осуществлялась, и некоторые
другие.
Большая часть указанных
факторов определяет состояние ПЗП после
ремонта. Аналогично следует принять, что
технология освоения скважин включает в
себя элементы: способ
крепления забоя,
способ и среду перфорации, способ вызова
притока жидкости из пласта и др.
Оценке
качества освоения скважин должна
предшествовать оценка качества вскрытия
пласта.
Показателем качества технологии
в целом или отдельных ее элементов служит
отношение фактической гидропроводности Оф
(продуктивности) пласта к потенциальной
0п
ОП = Оф/Оп; (10.1)
или
показатель скин-эффекта S, характеризующий
дополнительное фильтрационное
сопротивление (или проводимость)
призабойной зоны пласта при ее загрязнении
(очистке). При переходе от показателя S к
показателю ОП пользуются
зависимостью
ОП = —А—,
(10.2)
А + S
R
где А
= ln —; RK — радиус контура питания
пласта; R0 — ра-R0
диус
скважины или приведенный радиус скважины
при несовершенном вскрытии пласта.
Если
радиус RK неизвестен, то его считают
равным половине расстояния между данной и
ближайшей скважинами или принимают
величину А = 2п.
В силу влияния различных
факторов показатели ОП и S необходимо
рассматривать как стохастические величины,
определяемые некоторыми распределениями.
Поэтому оценка качества должна
основываться на статистических
критериях.
Оценка качества технологий
упрощается, если совокупность значений
показателя ОП (или S) распределена по
нормальному закону. Проверка гипотезы о
нормальном законе распределения
показателя ОП (или S) по 0 измерениям
проводится с помощью критерия Шапиро —
Уилки, если 0 < 50, по 12-критерию,
если 0 > 50 (ГОСТ 11.006 — 74).
10.1. id iaAd?a
аё i ioAgu I I id 1АЁи iii дАЁ I iA dan IdAAA?A ieb ИЁАдАбАЁв
ЁАхАЯоАА ii ЁDЁ6АDЁP 0AIEDI- ОЁЁЁЁ
1. Для
проверки гипотезы о нормальном законе
распределения показателя качества,
например ОП, необходимо расположить данные
в порядке возрастания:
и вычислить
параметры:
n
g2 = ^ (ОПi —
ОП)2; i =1
bn = Эп(ОПп —
ОП1) + $0-1(ОП0—1 — ОЩ +
…
+ $0-к + 1(ОП0 —к + 1
-ОПк),
где к = 0/2, если 0
— четное; и к = (0 — 1 )/2, если 0 —
нечетное; коэффициенты tn_i+
1 определяются по табл. 10.1.
2.
Найти отношение
Wn = К
/д2
и сравнить его с
теоретическим, принимая W,. = 0,93, если 0
< 10; W,. = 0,95, если 0 < 20; W,. = 0,96,
если 0 < 30; W,. = = 0,97, если 0
< 50.
3. Если расчетное
значение больше теоретического W,., то
принимается гипотеза о новом законе
распределения.
Если показатель качества
ОП (или S) не распределен по нормальному
закону, то проверяются гипотезы
относительно параметров:
_L; д/ОП; -=L=; ln ОП,
4S (10.3)
ОП
ТОП
и выбирается тот
показатель, который распределен по
нормальному закону с наивысшей
достоверностью. Если ни один из указанных
параметров не удовлетворяет гипотезе
нормального закона распределения, то
данные необходимо разбить на однородные
группы по физическим и (или) геологическим
признакам объекта.
Показатели ОП или S
определяются по данным прямых натурных
гидродинамических исследований скважин
или испытаний пластов с помощью
пластоиспытателей на трубах.
Гидродинамические исследования проводятся
специальными службами УБР, НГДУ или трестов
геофизики по существующим
методикам.
Гидродинамическим
исследованиям должны предшествовать
геофизические исследования с целью
выявления работающей толщины пласта.
Результатами гидродинамических
исследований скважин являются
индикаторная диаграмма (ИД) и кривая
восстановления давления (КВД), а
результатами испы-
Коэффициенты,
используемые при проверке на нормальность
с помощью критерия Шапиро-Уилки
к |
n |
||||||||||||||
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
|
1 |
0,7071 |
0,6872 |
0,6646 |
0,6431 |
0,6233 |
0,6052 |
0,5868 |
0,5739 |
0,5601 |
0,5475 |
0,5359 |
0,5251 |
0,5150 |
0,5036 |
0,4968 |
2 |
0,1677 |
0,2413 |
0,2806 |
0,3031 |
0,3164 |
0,3244 |
0,3291 |
0,3315 |
0,3325 |
0,3325 |
0,3318 |
0,3306 |
0,3390 |
0,3273 |
|
3 |
0,0875 |
0,1401 |
0,1743 |
0,1976 |
0,2141 |
0,2260 |
0,2347 |
0,2412 |
0,2460 |
0,2495 |
0,2521 |
0,2540 |
|||
4 |
0,0561 |
0,0947 |
0,1224 |
0,1429 |
0,1586 |
0,1707 |
0,1602 |
0,1878 |
0,1939 |
0,1988 |
|||||
5 |
0,0399 |
0,0695 |
0,0922 |
0,1099 |
0,1240 |
0,1353 |
0,1447 |
0,1524 |
|||||||
6 |
0,0303 |
0,0539 |
0,0727 |
0,0880 |
0,1005 |
0,1109 |
|||||||||
7 |
0,0240 |
0,0433 |
0,0593 |
0,0725 |
|||||||||||
8 |
0,0196 |
0,0359 |
П р о
до лж е н и е т а б л . 10.1
к |
0 |
||||||||||||
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
30 |
|
1 |
0,4886 |
0,4808 |
0,4734 |
0,4643 |
0,4590 |
0,4542 |
0,4493 |
0,4450 |
0,4407 |
0,4366 |
0,4328 |
0,4291 |
0,4254 |
2 |
0,3253 |
0,3232 |
0,3211 |
0,3185 |
0,3156 |
0,3126 |
0,3098 |
0,3069 |
0,3043 |
0,3018 |
0,2992 |
0,2968 |
0,2944 |
3 |
0,2553 |
0,2561 |
0,2565 |
0,2578 |
0,2571 |
0,2563 |
0,2554 |
0,2543 |
0,2533 |
0,2522 |
0,2510 |
0,2499 |
0,2487 |
4 |
0,2027 |
0,2059 |
0,2085 |
0,2119 |
0,2131 |
0,2139 |
0,2145 |
0,2148 |
0,2151 |
0,2152 |
0,2151 |
0,2150 |
0,2148 |
5 |
0,1587 |
0,1641 |
0,1686 |
0,1736 |
0,1764 |
0,1787 |
0,1807 |
0,1822 |
0,1836 |
0,1846 |
0,1857 |
0,1864 |
0,1870 |
6 |
0,1197 |
0,1271 |
0,1334 |
0,1399 |
0,1443 |
0,1480 |
0,1512 |
0,1539 |
0,1563 |
0,1584 |
0,1601 |
0,1616 |
0,1630 |
7 |
0,0837 |
0,0932 |
0,1013 |
0,1092 |
0,1150 |
0,1201 |
0,1245 |
0,1283 |
0,1316 |
0,1346 |
0,1372 |
0,1395 |
0,1415 |
8 |
0,0496 |
0,0612 |
0,0711 |
0,0804 |
0,0878 |
0,0941 |
0,0997 |
0,1046 |
0,1089 |
0,1128 |
0,1162 |
0,1192 |
0,1219 |
9 |
0,0163 |
0,0303 |
0,0422 |
0,0530 |
0,0616 |
0,0696 |
0,0764 |
0,0823 |
0,0876 |
0,0923 |
0,0965 |
0,1002 |
0,1036 |
10 |
0,0140 |
0,0263 |
0,0368 |
0,0459 |
0,0539 |
0,0610 |
0,0672 |
0,0728 |
0,0778 |
0,0822 |
0,0862 |
||
11 |
0,0122 |
0,0228 |
0,0321 |
0,0403 |
0,0476 |
0,0540 |
0,0598 |
0,0650 |
0,0697 |
||||
12 |
0,0107 |
0,0200 |
0,0284 |
0,0358 |
0,0424 |
0,0483 |
0,0537 |
||||||
13 |
0,0094 |
0,0178 |
0,0256 |
0,0320 |
0,0382 |
||||||||
14 |
0,0084 |
0,0159 |
0,0227 |
||||||||||
15 |
0,0076 |
таний
пластов — кривая притока (КП) и КВД. Более
информационными и надежными являются
результаты исследований скважин.
Интерпретация данных гидродинамических
исследований и оценка качества
соответствующей технологии или ее
элементов проводятся территориальными НИИ
с использованием накопленного опыта и
нижеследующих рекомендаций.
Оценку
качества вскрытия пласта или освоения
скважин можно проводить на базе
«пассивных» данных, получаемых при
гидродинамических исследованиях, не
запланированных специально для этой цели. В
этом случае показатель ОП (или S)
характеризует соответствующую технологию
ориентировочно (предварительно). Если
оценка качества проводится на базе
«активных» данных, получаемых при
гидродинамических исследованиях,
специально спланированных для этой цели, то
показатель ОП (или S) характеризует
соответствующую технологию достоверно.
«Активные» гидродинамические
исследования планируются территориальными
НИИ на этапе разведывательного бурения или
в период пробной эксплуатации и в
зависимости от конкретной цели
исследований.
Необходимо различать
следующие цели исследований: оценка
качества технологии в одной скважине, т.е.
относительно заданной точки
пласта;
оценка качества технологии по
группе скважин, т.е. относительно всего
продуктивного объекта или его
части;
сравнение качества двух
различных технологий в одной скважине,
например, когда пласт вскрывается
последовательно долотами разных
диаметров;
сравнение качества двух
различных технологий по группе скважин, т.е.
относительно всего продуктивного объекта
или его части.
План проведения
гидродинамических исследований, базируясь
на геологических условиях региона,
технико-экономическом обеспечении
исследований и накопленной информации об
объекте, должен включать указание на метод,
регламент времени и воспроизведение
исследований в каждой скважине при
различных режимах фильтрации.
При
исследовании скважин рекомендуется КВД
получать параллельно с ИД, т.е. после
каждого выхода скважины на установившийся
режим.
Некоторые рекомендации по
регламентированию исследований, обработке
и интерпретации ИД и КВД приведены
ниже.
10.2. КРИТЕРИЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА
ВСКРЫТИЯ ПЛАСТА И ОСВОЕНИЯ СКВАЖИН ПОСЛЕ
ЗАКАНЧИВАНИЯ И РЕМОНТА
В приведенных
ниже формулах для опреде
ленности
предполагается, что по нормальному закону
распределен показатель ОП. В противном
случае его следует заменить одним из ранее
указанных. Кроме того, принято, что
достоверность всех оценок не менее 90 %. Для
оценки качества технологии в одной
скважине необходимо: определить среднее
значение
показателя
1m
ОП
= — у ОП;
найти дисперсию
воспроизводимости измерений
1
m
о2 = —^ У (ОП, —
ОП)2;
m — 1
i=i
проверить гипотезу об
изменении гидропроводимости пласта по
/-критерию Стьюдента
(10.4)
где
m — число измерений; / — значение
критерия Стьюдента, зависящее от числа
степеней свободы q —
m—1.
Если неравенство (10.4)
выполняется, то следует вывод:
гидропроводность пласта изменена,
показатель ОП < 1 (или ОП > 1),
характеризует качество соответствующей
технологии относительно заданной точки
пласта. Если неравенство
(10.4) не
выполняется, то следует вывод:
гидропроводность пласта не изменена,
качество технологии характеризуется
показателем ОП, близким к единице. Если
используются преобразованные показатели ln
ОП, S или sfS, то необходимо в
критерии (10.4) заменить 1 на 0.
Для оценки
качества технологии по группе из п
скважин необходимо определить:
среднее
значение и дисперсию воспроизводимости по
результатам измерений в каждой j-й
скважине
1m
ОП j =
—1 у ОП,,
а 2 = —1 ^
(ОП ji — ОП j )2;
(10.4a)
m i=1
среднее
значение дисперсии воспроизводимости
12 а 2;
ао.4б)
а
_
п j = 1
среднее значение и дисперсию
показателя ОП по объекту ОП = — 2 ОП,
(10.4в)
п j
=1
m
а2 = —— 2
(ОПj — ОП j
)2. (10.4г)
п —
1 j = 1
Проверить гипотезу
о достоверности показателя ОП по
объекту
J ^ а . (10.5)
V
п
где t — значение
критерия Стьюдента, зависящее от числа
степеней свободы q — п— 1.
Если
неравенство (10.5) выполняется, то следует
вывод, что количество п скважин
достаточно для оценки качества технологии
с точностью, не превышающей а
btt. Качество технологии следует
оценить по t-критерию Стьюдента (10.4), где
т заменить на п в
соответствии с выводами (10.4). Если
неравенство (10.5) не выполняется, то
необходимо пополнить данные о показателе
ОП путем исследования в других скважинах,
вводя их по одной, пока не будет выполнено
условие
(10.5), или данные разбить по
физическим и (или) геологическим признакам
и оценку проводить для каждой группы
скважин отдельно.
При планировании
гидродинамических исследований
необходимо:
продуктивный пласт разбить
на однородные области по физическим и (или)
геологическим признакам;
выбрать
наиболее представительную однородную
область, где наметить первичные
исследования не менее чем в 3-х
скважинах;
после обработки результатов
оценить качество технологии.
10.3.
КРИТЕРИИ СРАВНЕНИЯ КАЧЕСТВА ДВУХ
ТЕХНОЛОГИЙ ВСКРЫТИЯ ПЛАСТА И ОСВОЕНИЯ
СКВАЖИН
В данном разделе
подразумевается распреде
ление ОП по
нормальному закону.
Для сравнения
качества двух технологий в одной скважине,
т.е. относительно данной точки пласта,
необходимо:
определить средние значения
ОП1 и ОП2, дисперсии о2, о2
по т измерениям для каждой
технологии;
проверить гипотезу о
различии показателей по t-критерию
Стьюдента:
ОП1-ОП2
(10.6)
где t —
значение критерия Стьюдента, зависящее от
числа степеней свободы q—2(m—1).
Если
неравенство (10.6) выполняется, то следует
вывод: для данной точки пласта технологии
отличаются и качество той технологии
выше, для которой значение ОП больше. Для
сравнения качества двух технологий по
данным исследований в двух группах скважин
необходимо:
определить средние значения
ОП 1, ОП2 и дисперсии о2, о 2,
o2lbt, о 2 по формулам
(10.4), (10.4а) — (10.4г);
проверить гипотезу о
достоверности показателей ОП 1 и
ОП2 по критериям:
(10.7)
где
п1, п2 — количество скважин с
применением первой и второй технологии
соответственно; t1, t2
определяются для степеней свободы q1
— n1 — 1; q2
—n2—1.
Если оба неравенства (10.7) или
одно из них не выполняется, необходимо
дополнить сведения о показателе ОП в
группах (или одной из них) путем
исследования в других скважинах, вводя их
по одной, пока не будут выполнены
условия
(10.7), или разбить
соответствующую группу (группы) скважин на
подгруппы по физическим и (или)
геологическим признакам и сравнение
проводить для подгрупп скважин с
одинаковыми физическими (геологическими)
признаками. Если оба неравенства (10.7)
выполнены, то проверить гипотезу о
равенстве дисперсии а2, а 2 двух групп
скважин по критерию Фишера
а/ а2
< F, (10.8)
где
предполагается, что а1 > а2 и
F определяется для степеней свободы
q1 — п1— 1; q2
—п2—1.
Если неравенство (10.8)
выполняется, то сравнить качество двух
технологий необходимо по t-критерию
Стьюдента
VX > t,
(10.9)
ОП1-ОП2
где X = ¦
п1п2(п1
+ п2 — 2)
(п1 +
п2)[(п1 — 1)а1 + (п2
— 1)а2]
t определяется для числа
степеней свободы q1—п1 + п2
— 2.
Если неравенство (10.8) не выполняется,
то в критерии (10.9) значения X необходимо
вычислять по формуле
X =
п1п2
;
п 2а1 +
п1а 2
при этом число степеней
свободы q округляется до целого,
если оно окажется дробным
(п — 1)(п2 —
1)(п2а2 + ща2)2
п2а4(п2 — 1) + п^а4(п1 —
1)
q =
Если при
оценках в разделах 10.2 и 10.3 используются
преобразованные показатели л/ОП, , ln ОП,
VS, то для
ОП
получения
среднего значения исходного показателя ОП
(или S) следует воспользоваться медианой
выборки ОП, (или Si).
Для этого
необходимо ОПг— расположить в порядке
возрастания
ОП1 < ОП2
< … < ОПк < …
ОПп
и медианные значения
определить следующим образом:
М =
ОП1+1( где к = (п —1)/2, если
п — нечетное,
и
М =
(ОПк + ОПк+1)/2, где к = п/2,
если п — четное.
10.4. НЕКОТОРЫЕ
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО
ИНТЕРПРЕТАЦИИ
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ
ИССЛЕДОВАНИЙ
Индикаторная диаграмма
(ИД) позволяет определить фактическую
гидропроводность Еф пласта,
если график зависимости установившегося
дебита q от установившейся
депрессии р является линейным (рис.
10.1, прямая 1), т.е.
2п
q =
Еф — —Ар, (10.10)
Л
где
значение Л вычисляется согласно
(10.2).
Прямолинейная зависимость q
от Ар на ИД может быть искажена по
следующим причинам:
время отбора
жидкости недостаточно продолжительно (см.
рис. 10.1, кривая 2);
Рис. 10.1. Зависимость
установившегося дебита q от установившейся
депрессии Ар
режим фильтрации
турбулентный или жидкость обладает
выраженными неньютоновскими свойствами,
или имеет место влияние газового фактора
(см. рис. 10.1, кривая 3).
Для исключения
влияния или для учета вышеуказанных причин
рекомендуется:
определять время отбора
жидкости из
условия
к2
T а-^п +
1)18,
2,25х
где X —
пьезопроводность пласта, определяемая по
нестационарным исследованиям в
возмущающей или реагирующей скважине;
п — заданное число смен
установившихся режимов; 6 — допустимое
значение относительной
погрешности;
использовать первый
прямолинейный участок 3′ кривой 3
(см. рис. 10.1) для вязкой жидкости и
второй прямолинейный участок кривой
3″ кривой 3 (см. рис. 10.1) для
вязкопластичной жидкости;
перестроить
ИД в координатах q, Н, если жидкость
на-
Рк f (а)
сыщена газом;
где АН = Г ^— dp — функция
Христиано-
p. С н(р)и
н(Р)
вича; 4(а), Сн(р),
^н(р) — коэффициенты относительной
фазовой проницаемости, объемного
содержания и вязкости нефти
соответственно; рс, рк —
давление соответственно в скважине и на
контуре питания.
Для обработки
результатов исследования скважин на
неус-тановившемся режиме фильтрации по КВД
необходима следующая
информация:
q — дебит скважины до
остановки, м3/с;
Y — плотность
пластовой жидкости,
кг/м3;
Ба, Бк —
площадь соответственно поперечного
сечения подъемных труб и затрубного
пространства, м2;
p6(t),
рн(/) — графики изменения давления
соответственно на буфере и в затрубном
пространстве, МПа;
Т —
продолжительность работы скважины до
остановки, с.
Обработка результатов
заключается в преобразовании КВД в
прямолинейный график:
Y =
аХ + в, (10.11)
где X,
Y — некоторые приведенные
координаты.
Для уменьшения ошибки
интерпретации рекомендуется проводить
обработку двумя-тремя теоретически
обоснованными методами. Одним из них должен
быть операционный метод, основанный на
преобразовании Лапласа, согласно которому
приведенные координаты вычисляют по
формулам X = 0,561 —
t0;
Y = .ММс)
(10.12)
tc2q —
V(t0)
если до остановки
скважина работала с постоянным дебитом
q при установившемся режиме
фильтрации. Здесь V(t0)
—
изображение по Лапласу
функции накапливаемого в скважине объема
жидкости после ее остановки,
s
s
V(t0) = -*¦ [Apc(t0)
— Ар6(д] + -*¦[Apc(t0) — Арк(д];
(10.13)
Y Y для насосных
скважин
V (t 0) = ^ Pc(t 0),
Y
где
pc(t0), p6(t0),
pK(t0) — изображения по Лапласу
соответствующих функций; t0 = 0 —
параметр преобразования Лапласа.
Пример
обработки КВД операционным методом
приведен ниже.
Интерпретация линейной
зависимости (10.11) состоит в определении
потенциальной гидропроводности
объекта:
Еп = (4п
a)-1,
которая совместно с
фактической гидропроводностью Еф
определяет искомый показатель
качества
ОП = 4п a Еф,
Если известна (из
других источников) пьезопроводность
объекта, то без использования ИД
определяется показатель
скин-эффект:
2,25х
S =
— ln
2a
По данным ИД
и КВД пьезопроводность объекта вычисляется
по формуле
R2
в + 2Л (1 — 1
4
a
X = -^exp
2,25
Рис.
10.3. График зависимости
Y от
X
Рис. 10.4. График зависимости
Y от X
Если график
зависимости Y—X в координатах (10.12)
состоит из двух прямолинейных участков
(рис. 10.2) с угловыми коэффициентами а1,
а2 и отрезками В1,
В2, отсекаемыми продолжениями
прямых на оси ординат, то без
дополнительной информации
скин-эффект
S = 0,53- К +
in-а14.
2а 2
а 1 а 2
5
Гидропроводность в радиусе ПЗП
Е1 =
(4па1)-1.
R1 =
R0exp а 2S .
а1 — а
2
Гидропроводность удаленной зоны
пласта Еп = (4па2)-1.
Если график
зависимости Y—X в координатах (10.12)
имеет вид, изображенный на рис. 10.3, что
характерно для трещиноватых и
трещиновато-пористых пластов, то искомые
параметры определяются по прямолинейному
участку.
Если график зависимости
Y—X в координатах (10.12) нелинейный
(рис. 10.4), то возможны лишь качественные
выводы:
вокруг скважины имеется весьма
существенная по значению и степени
загрязнения ПЗ (см. рис. 10.4, кривая 1);
на
небольшом расстоянии от скважины имеет
место сброс, выклинивание или область с
пониженной проницаемостью (см. рис. 10.4,
кривая 2).
Для обработки результатов
исследования пласта, полученных с помощью
пластоиспытателей на трубах, необходима
следующая информация: у — плотность
пластовой жидкости, кг/м3; S6 —
площадь внутреннего сечения бурильных
труб, м2; Т1, Т2
— продолжительность соответственно
открытого и закрытого периодов, с;
p1(t) — график
забойного давления в открытый период,
кривая притока (КП), МПа; p2(t) — график
забойного давления в закрытый период,
кривая восстановления давления, МПа.
При
обработке результатов исследования пласта
операционным методом приведенные
координаты X и Y вычисляются
по следующим формулам:
Y
= Jt0p пл — t0P2(t0)]Y
S6P1(t0)(1 — e»T1(t0))’
где
рпл — пластовое давление, МПа.
Для
увеличения точности результатов
исследования пласта рекомендуется
выбирать продолжительность периода
притока максимально возможной.
10.5.
ФОРМА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ И
ЗАКЛЮЧЕНИЯ О КАЧЕСТВЕ ВСКРЫТИЯ ПЛАСТА ИЛИ
ОСВОЕНИЯ СКВАЖИН
1. Объединение.
2.
Месторождение.
3.
Площадь.
4. Номер
скважины.
5. Глубина
скважины.
6. Интервал
продуктивного пласта.
7.
Интервал исследованного
объекта.
8. Технология
вскрытия: способ бурения, режим бурения,
режим промывки,
тип промывочной
жидкости, компонентный состав промывочной
жидкости, промежуток времени от момента
вскрытия объекта до начала
исследования.
9. Технология
освоения:
способ крепления продуктивный
части пласта, способ перфорации, способ
вывоза притока,
промежуток времени от
момента вызова притока до начала
исследования.
10. Методы
гидродинамического исследования.
11.
Результаты исследования:
индикаторная диаграмма (ИД),
кривая
восстановления давления (КНД) с исходной
информацией (10.4).
12. Обработка
результатов исследования: метод
обработки,
график в преобразованных
координатах.
13. Вычисленные показатели
качества ОП и а ОП или S
и а S.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ КИСЛОТНОЙ
ОБРАБОТКИ
10.1.
ОСНОВОПОЛАГАЮЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ПРОЦЕССА
Кислотная обработка (КО) — это
метод увеличения проницаемости
призабойной зоны скважины путем
растворения составных частиц породы
пласта, а также инородных частиц, которыми
загрязнены породы.
Кислотную обработку
применяют для увеличения проницаемости
карбонатных и песчаных коллекторов в
нефтегазодобывающих скважинах и
нагнетательных скважинах после бурения, во
время эксплуатации и ремонтных
работ.
Для обработки карбонатных
коллекторов преимущественно применяют
солянокислотные растворы (СКР), а для
песчаных коллекторов после СКР закачивают
глинокислотные растворы (ГКР). Такие виды
обработки называются соответственно
солянокислотными (СКО) и
глинокислотными
(ГКО).
Химически
активной основой перечисленных кислотных
растворов (КР) является соответственно
соляная кислота (10-30 % HCl) и смесь соляной (10-15
% HCl) и плавиковой (1-5 % HF) кислот.
Для
проведения КО в скважину спускают 62-73-мм НКТ
в большинстве случаев к нижнему
перфорационному отверстию обрабатываемого
интервала. Устье скважины оборудуют
арматурой для обвязывания труб с колонной и
обратным клапаном на входе в полость НКТ.
Напорная сторона насосного агрегата ЦА-320,
4АН-700 или другого агрегата обвязывается
через обратный клапан с полостью НКТ, а
принимающая — с кислотовозом (Аз-30 А) и
автоцистернами (4ЦР, АП), в которых
транспортируются кислотные растворы и
продавливающие жидкости. Нагнетательные
трубопроводы опрессовывают-ся давлением, в
1,5 раза превышающим ожидаемое давление
нагнетания жидкостей в
скважину.
Наиболее простая схема КО
предусматривает подъем глубинного
оборудования из скважины, спуск НКТ с
промывкой к забою и поднятие башмака труб к
интервалу перфорации. В скважину
закачивают прямой циркуляцией КР в объеме
НКТ, закрывают затрубную задвижку,
нагнетают остаток запланированного объема
кислоты и продавливающей жидкости. После
нагнетания всего объема жидкостей
закрывают буферную задвижку скважины,
отсоединяют насосный агрегат и другую
спецтехнику и начинают очистку призабойной
зоны от продуктов реакции. В насосных
скважинах процесс обычно отличается. После
продавливания КР в пласт и снижения
давления поднимают НКТ, спускают глубинное
оборудование и извлекают продукты реакции
насосом, установив рациональный режим
эксплуатации. Несвоевременное извлечение
продуктов реакции из пласта часто
обусловливает уменьшение эффективности
СКО и особенно ГКО.
Механизм
кислотного воздействия на коллектор
рассмотрим с позиций степени растворимости
пород и скорости реакции, образования
продуктов реакции и изменения
проницаемости пород после обработки.
Считают, что растворимость пород, которые
подвергаются КО, должна обеспечить
увеличение пористости не менее чем на 10 %, а
растворимость инородных материалов,
загрязняющих поры и трещины пласта, должна
быть наиболее полной (хотя бы на 50 %). Исходя
из таких принципов, подбирают состав
активной части растворов.
При
планировании КО необходимо знать
растворимость пород в кислоте. Например,
известно, что 1 м3 различных кислот
растворяет: 15 %-ной HC1 — 200 кг известняка
CaCO3 или около 70 кг легкорастворимой
части эо-ценового песчаника, содержащего 89 %
SiO2, 3 % карбонатов и 7 % глин; 4 %-ной HF — 48
кг каолина; 10 %-ной HC1 + 1 %-ной HF — 70 кг
глинопорош-ка, состоящего из гидрослюды и
монтмориллонита.
Если после обработки
излишком СКР применить ГКР, то 1 м3 10
%-ной HC1 + 1 %-ной HF растворяет 36 кг эоценового
песчаника. Увеличение концентрации HF в ГКР
до 3 % обеспечивает увеличение его
растворимости до 51 кг, а до 5 % — до 66
кг.
Приведенные данные используют при
расчетах объема кислотных растворов и
оценках возможной глубины проникновения
активной части кислоты в пласт.
Продукты
реакции вызывают снижение проницаемости
пород после КО, если они откладываются в
поровом пространстве в виде геля либо
твердой породы или взаимодействуют с
пластовыми флюидами, образуя осадки или
эмульсии.
Во время взаимодействия
соляной кислоты образуются:
с
карбонатами пород — водорастворимые соли
CaC12, MgC12, газ СО2, вода;
с
окисями железа и его соединениями в составе
пород (например, в виде сидерита FeCO3) —
хлорное железо FeC13, которое после
нейтрализации кислоты гидролизирует в виде
осадка Fe(OH)3, способного закупоривать
поры;
с сульфатами кальция в составе
пород с температурой до 66 °С — осадок
гипса;
с окисью кремния в глинах — осадок,
гель кремниевой кислоты;
с окисью
щелочных и щелочно-земельных металлов в
глинах — соответствующие соли.
Таким
образом, во время реакции СКР образуются
растворимые и временно растворимые
продукты, поэтому технология обработки СКР
должна быть такой, чтобы предупредить
выпадение нерастворимых осадков.
Во
время взаимодействия глинокислоты
образуются:
с кварцем — газоподобный
SiF4, а после снижения кислотности —
гель кремниевой кислоты Si(OH)4, который
закупоривает поры;
с алюмосиликатами
(глинами) — газоподобный SiF4;
с
кварцем и алюминием — параллельно с SiF4
образуется гексафторо-кремниевая кислота
H2SiF6, соли которой
Na2SiF6 и K2SiF6 выпадают
в осадок.
Известно, что реакция ГКР с
глинами проходит значительно быстрее, чем с
кварцем, поэтому в песчаниках
преимущественно растворяются
глинисто-карбонатный цемент и частицы,
загрязнившие пласт, а зерна кварца (матрицы
породы) — значительно меньше.
Часто
вместо HF для получения ГКР применяют БФФА
(бифторид аммония NH4HF2 +
NH4F). Например, для получения раствора
(12 % HC1 + 3 % HF) применяют смесь (16 % HC1 + 3 % БФФА).
Наличие в растворе иона NH+ увеличивает
растворимость продуктов реакции HF с
силикатными породами, и поэтому для ГКР
лучше использовать БФФА.
Для обработки
песчаников применяют также смесь 20 %-ной
H2SiF6 + 24 %-ной HC1 в соотношении 1 : 1,
которая растворяет песчаники и глины
подобно глинокислоте.
Таким образом, во
время реакций ГКР с силикатными породами
образуются временно растворимые и
нерастворимые продукты, способные
закупоривать поровое пространство.
Наиболее важно — не допустить закупоривания
пласта продуктами реакции после
ГКО.
Изменение проницаемости пород
после фильтрации сквозь них кис-лотных
растворов зависит от химического и
минералогического составов, структуры
порового пространства, режимов фильтрации
и термобарических условий прохождения
реакции. Например, после обработки
эо-ценовых песчаников с карбонатностью
Ск = 2-9 % излишком СКР (1015 % HC1)
относительно содержания карбонатов
увеличение проницаемости сравнительно с
начальной можно приближенно рассчитать
так: ks =
0,8СК. Конечно,
после такой обработки терригенных
коллекторов проницаемость образцов пород
возрастает в 2-7 раз. Во время обработки
карбонатных поровых пород возрастание
проницаемости практически не
ограничено.
На выбор рациональных
режимов обработки и технологию работ
влияет скорость реакции КР с породами,
которая зависит от начальной концентрации
кислоты, термобарических условий
прохождения реакции в пласте, отношение
поверхности породы, контактирующей с
кислотой, к объему кислотного раствора и
гидродинамических условий прохождения
реакции, которые описываются параметром
Рейнольдса Re.
Известно, что за
одинаковые промежутки времени степень
нейтрализации кислоты породой не зависит
от начальной концентрации. Таким образом,
при иных равных условиях за одинаковый
промежуток времени вдвое снижается
концентрация кислоты (от 20 до 10 % или от 12 до 6
%). Можно было бы предположить, что, применяя
большую начальную концентрацию кислоты,
можно увеличить глубину обработки пласта.
Однако, поскольку скорость реакции в
поровой среде велика, это практически не
влияет на глубину обработки.
Увеличение
температуры пласта на 10 °С обусловливает
возрастание скорости приблизительно в 2
раза. При увеличении давления реакция с
соляной кислотой замедляется, а с
плавиковой — ускоряется.
Значительное
влияние на скорость реакции имеет
отношение реагирующей поверхности породы к
объему кислоты в порах, которое резко
увеличивается при уменьшении размера пор.
Например, в канале с диаметром 1 мм это
отношение равно 40, а в порах с диаметром 20
мкм — 2000. Поэтому в поровых коллекторах
наблюдаем резкое увеличение скорости
нейтрализации. Например, расчетная глубина
проникновения в известняк активной соляной
кислоты в каналах с диаметром 1 см равна 600
см, с диаметром 1 мм -20 см, а в поровых каналах
размером 10 мкм — 5 см при других равных
условиях.
Итак, нейтрализация кислоты в
поровом пространстве происходит во время
нагнетания ее в пласт, поэтому выдерживания
для реагирования не требуется.
Влияние
гидродинамических условий фильтрации
кислоты на скорость ее нейтрализации
ощутимо лишь в больших каналах или
трещинах. Тут с увеличением расхода
кислоты, а следовательно, и значения Re
глубина обработки пласта несколько
возрастает. Во время фильтрации кислоты
сквозь поровое пространство терригенных
коллекторов значения Re очень малы.
Экспериментально доказано, что при таких
условиях увеличение расхода кислоты
практически не увеличивает глубины
обработки песчаного пласта.
Перед
проектированием кислотной обработки
следует обосновать выбор скважины,
избрать рецептуру и объем кислотных
растворов, определить расход и давление
жидкости во время закачивания в пласт,
избрать рецептуру и рассчитать объем
продавливающей жидкости, определить время
пребывания кислоты в пласте и способ
очистки призабойной зоны от продуктов
реакции.
Выбор рецептуры КР проводят с
учетом химического и минералогического
составов пород, их фильтрационных свойств,
химического состава и свойств пластовых
флюидов, пластовой температуры, причин
загрязнения призабойной зоны.
Типичный
КР состоит из активной части (HCl, HCl + HF),
растворителя, ингибитора коррозии,
стабилизатора и интенсификатора.
Для
обработки известняков, карбонизированных
(Ск > 3 %) песчаников, коллекторов,
загрязненных отложениями карбонатов,
применяют СКО 15 % HCl, а при Тпл > 100
°С — иногда и 30 % HCl. Для обработки
песчаноглинистых пород (Ск < 3 %)
применяют ГКО, вначале закачивают СКР, 1015 %
HCl, а за ней — ГКР 1-5 % HF. Соотношение объемов
первой и второй частей раствора зависит от
карбонатности породы, и при Ск = 3 % его
можно записать как 1 : 1.
Кислоту разводят
обычной водой. Однако во время КО
полимиктовых песчано-алевролитовых
влагоемких пород Западной Сибири хорошие
результаты получают при приготовлении КР
на ацетоне, если обводненность скважины
меньше 10 %. Во время обработки газовых и
газоконденсатных скважин полезно
приготавливать КР на спирте (метанол,
изопропиловый спирт). Применение названных
углеводородных растворителей содействует
обезвоживанию пород и уменьшает
поверхностное натяжение на границе
распределения фаз.
Эффективность
ингибиторов коррозии оценивается
коэффициентом торможения коррозии
Ктк, который представляет собой
соотношение количеств растворенного
металла в неингибированной кислоте к
количеству растворенного в ингибированной.
При пластовых температурах до 100 °С
достаточно обеспечить значение Ктк =
20. Если температура 15 %-ной HCl во время
прохождения кислоты по НКТ достигает 100 °С,
то растворяется 3500 г/(м3/ч) железа, а
применение ингибитора “Север-1” уменьшает
растворимость до 176 г/(м3/ч). Ингибиторы
имеют температурные ограничения и от
концентрации HCl. Например, ингибитор
катапин КИ-1 можно применять для T
< 110 °С, С0 < 22 % HCl с Кт к
= 23; ингибитор В2 — для T <
<
100 °С; С0 < 36 % HC1 с
Ктк = 260; ингибитор ПБ-5 — для T
< 100 °С, С0
< 22 % HC1 с
Ктк = 7 и др. Добавка ингибиторов
составляет обычно 0,5-
1
%.
Стабилизаторы
предотвращают выпадение осадка Fe3+ в
виде гидроокиси железа. Наиболее часто для
стабилизации раствора используют
органические кислоты, образующие с железом
растворимые комплексы. Количество
стабилизаторов дозируется согласно
ожидаемому содержанию Fe3+, который
обычно составляет 0,3 %. При таких условиях
стабилизирующие свойства зависят от
температуры. Например, для 2 %-ной уксусной
кислоты — до T <
< 60 °С,
для 0,5 %-ной лимонной кислоты до T <90 °С;
для 0,65 %-ной КРАСТ — до T < 140 °С.
Увеличение значения стабилизатора не
повышает стабилизирующие свойства.
Отметим, что стабилизация КР необходима для
проницаемости меньше 0,01
мкм2.
Интенсификаторы применяют,
чтобы улучшить фильтрацию КР в породе,
избежать блокирования призабойной зоны
продуктами реакции и облегчить их
извлечение на поверхность. Для КО
нефтедобывающих скважин лучше применять
катионоактивные ПАВ, которые снижают
поверхностное натяжение на границе нефть —
продукты реакции и гидрофобизируют породы
(катапины, АНП-2 и др.) в количестве 0,3-0,5 %.
Вместо катионоактивных ПАВ можно применять
неионогенные ПАВ (превоцел, ОП-10, неонол и
др.), но их действие не способствует
гидрофобизации породы. Добавлять ПАВ
необходимо, если нефть содержит более 2 %
асфальтенов или более 6 % смол.
При КО
водонагнетательных скважин рекомендуется
добавлять 0,3
0,5 % неионогенных ПАВ,
которые гидрофобизируют
породу.
Объемы кислотных растворов.
Для планирования объема КР в настоящее
время в основном применяют эмпирический
подход. Если КО предназначены для
растворения пород и примесей, занесенных в
пласт в процессе бурения или ремонтов, то во
время первой КО обычно закачивают КР 0,5
м3/м поглощающей толщины пласта,
при второй — 1 м3/м, а при третьей — 1,5
м3/м. Если КО предназначено для
извлечения карбонатных солей,
откладывающихся во время
эксплуатации нефтяных
скважин, то
увеличение объема КР при последовательно
проводимых СКО необязательно. Если
обработку проводят путем
закачивания в
пласт стабильных
углеводородных кислотных эмульсий, то
объем эмульсий равен произведению расхода
эмульсии на длительность ее распада. Обычно
стабильность эмульсии при пластовой
температуре составляет 3060 мин.
Во время
КО чаще всего применяют не менее 6-12 м3
КР и только иногда 24 м3 и
более.
Давление на устье скважины во
время нагнетания КР в пласт при КО поровых
коллекторов (особенно терригенных) не
должно превышать давления разрыва пласта
(раскрытие глубоких трещин), чтобы
обеспечить равномерное проникновение КР в
разрез скважины. Для КО трещинных
коллекторов (особенно карбонатных)
давление на обсадную колонну должно быть
максимально допустимым, что дает
возможность достичь наибольшей глубины
обработки пласта.
Расход жидкости во
время нагнетания в пласт для обработки
карбонатных трещинных коллекторов должен
быть максимально возможным в пределах
технически допустимых давлений. Во время
обработки поровых коллекторов
(терригенных), когда приемистость скважины
обычно мала, расход КР преимущественно
небольшой, но это незначительно влияет на
глубину проникновения активной кислоты
(глубину обработки).
Объем
продавливающей жидкости для обработки
карбонатных коллекторов рассчитывают так,
чтобы вытеснить весь КР за пределы
эксплуатационной колонны в пласт.
Во
время обработки карбонизованных
терригенных коллекторов Ск <
< 10
% используют кроме продавливающей жидкости
еще и вытесняющую жидкость. При этом
исходят из таких соображений: с начала
закачивания КР в пласт на стенке ствола
скважины устанавливается начальная
концентрация С0, а во время фильтрации
в пласте она резко падает (по
экспотен-циальному закону)» и уже на
расстоянии нескольких сантиметров С = 0,1
С0. Постепенное увеличение объема КР в
пласте приводит к неравномерному
растворению глинисто-карбонатного
материала пласта в радиальном направлении.
Формируется зона от стенки скважины вплоть
до радиуса проникновения фронта активной
кислоты, в которой С = С0 и
наблюдается полное удаление растворенного
материала. За ней формируются еще две
кольцевые зоны — узкая с С0 > С
> 0 и широкая с С = 0 вплоть до радиуса
фронта проникновения нейтрализованного КР.
Чтобы полностью использовать химическую
активность кислоты в пласте и предупредить
выход КР с начальной концентрацией в ствол
скважины и на поверхность во время
дренирования пласта, нужно закачать в него
вытесняющую жидкость, объем которой
равняется 30-50 % объема кислотного
раствора.
Вытесняющая жидкость не
должна снижать проницаемость породы. При
этом применяют водные растворы ПАВ, спиртов
и т.п. в зависимости от характеристики пород
и пластовых флюидов.
Время пребывания
кислотных растворов в пласте не должно
превышать времени нейтрализации кислоты.
КР нейтрализуется еще во время движения в
порах терригенного пласта, а также в порах и
трещинах карбонатного пласта. Это означает,
что в поровых терригенных коллекторах
выдержка КР в пласте не нужна, а в
карбонатных — нежелательна. Если после
вхождения кислоты в пласт немедленно
удалить продукты ее реакции с призабойной
зоны, то закупорки поровых каналов
практически не происходит и эффективность
КО возрастает.
Удаление продуктов
реакции из призабойной зоны осуществляют
путем возбуждения притока флюидов из
пласта в скважину во время открытого
переливания, если пластовое давление
больше гидростатического, или путем
дренирования с применением газоподобных
агентов (азота, воздуха) или пенных систем,
если пластовое давление меньше
гидростатического. В случае, если применить
указанные способы невозможно, полезно
вытеснить продукты реакции из призабойной
зоны в глубину пласта путем закачивания 20-30
м3 водного раствора ПАВ, нефти,
конденсата и т.п. Осаждение продуктов
реакции в глубине пласта несущественно
ухудшает результаты КО по сравнению со
случаем, когда осаждение происходит в
призабойной зоне. Однако КО с вытеснением
продуктов реакции нежелательно
многократно повторять в той же
скважине.
Технология КО
глубинно-насосных скважин часто
предусматривает удаление продуктов
реакции насосом, которым проводится
эксплуатация скважины.
Обработка
углеводородно-кислотными (УКЭ) и
нефтекислотными (НКЭ) эмульсиями
предназначена для углубления кислотного
воздействия на карбонатный пласт и
используется как средство
антикоррозионной защиты труб при высоких
пластовых температурах. Преимущественно
УКЭ, НКЭ состоят из 15 % HCl, нефти или
дизельного топлива и эмульгатора
(первичных дистиллированных амминов
фракции С17 — С20) в следующих
соотношениях: 60; 39,5 и 0,5 %. Период
стабильности эмульсий составляет обычно
?стаб = 20 + + 120 мин при ?пл = 160+100 °C.
Эмульсия в период стабильности в реакцию не
вступает.
Термохимическая КО —
воздействие горячей кислотой на
карбонатный пласт с пластовыми
температурами до 40 °С. Нагревание КР
производится во время экзотермической
реакции кислоты с магнием в реакционном
наконечнике на НКТ или в пласте с гранулами
магния, размещенными в трещинах. Во время
этого СКР теряет часть своей химической
активности.
Термокислотная обработка
— это последовательное воздействие на
пласт термохимическим способом и
кислотными растворами. Термические способы
КО применяют эффективно после отложения
парафина в призабойной зоне, для обработки
доломитов, плохо растворяющихся в СКР, а
также для образования глубоких каналов
разъедания в карбонатных пластах. Во время
реакции 1 кг магния с 18,6 л 15 %-ной HCl
выделяется 19 МДж тепла. Для термохимической
КО обычно применяют около 100 кг магния.
Остальные параметры определяют как для
СКО.
Технология селективных КО
предполагает последовательное
закачивание в пласт вязких жидкостей
(эмульсий, раствора полимеров, например, 2
%-ного раствора ПАВ объемом 9 м3) и
кислотных растворов (состав и объем которых
планируется, как обычно). Селективные КО
применяют для повторных обработок (третьих,
четвертых и т.д.). Вязкая жидкость,
нагнетаемая перед КО, наполняет
высокопроницаемую часть пласта,
подвергнутую кислотному воздействию при
предыдущих КО, и содействует направлению
потока КР в зоны пласта, еще не
подвергнувшиеся обработке. Вследствие
этого эффективность повторных КО
возрастает.
Пенокислотная обработка
предназначена для углубления обработки
кислотой и расширения профиля
проницаемости во время нагнетания в пласт
по сравнению с обычной КО. В результате
увеличивается толщина пласта, который
продуцирует нефть, возрастает
эффективность процесса.
Замедление
скорости реакции с породой и увеличение
глубины проникновения кислоты в
карбонатный пласт обусловлено прилипанием
пузырьков газа к поверхности породы. Пены
характеризуются начальным напряжением
сдвига, и это вызывает расширение профиля
поглощения кислоты. Во время освоения
скважины наличие газовой фазы содействует
лучшему очищению призабойной зоны и
вынесению продуктов реакции на
поверхность.
Ограничением применения
процесса является Тпл > 85 °С или
содержание хлоридов в пластовых водах
более 5 %, так как тогда во время фильтрации в
пласте пена разрушается. Закачивать
пенокислоту в горизонты с низкими
пластовыми давлениями нежелательно, потому
что это усложняет освоение
скважины.
Пенокислота содержит
основание (СКР либо ГКР) с
пенообразователем (0,5 % ПАВ) и газовой фазой
(воздух, природный газ, азот) со степенью
аэрации в пластовых условиях от 1,5 до 5.
Наиболее часто для образования пенокислоты
используют эжектор с насадкой диаметром 4,5
мм и камерой смешения диаметром около 8
мм.
Обработка газированной кислотой
предназначена для увеличения глубины
растворения вследствие инициирования
газовой фазой проникновения активной
кислоты до самых больших поровых каналов,
что обусловливает их расширение, а также
для обеспечения немедленного очищения
породы от продуктов реакции. По сравнению с
другими способами КО, данный способ дает
наилучшие результаты в низкопроницаемых
терригенных породах с невысоким пластовым
давлением, а также во время повторных
обработок. В карбонатных трещинных породах
этот способ таких преимуществ не
имеет.
Газированная кислота — это смесь
кислотного раствора, такого же, как и для
обычной кислотной обработки, с газовой
фазой (азотом или природным газом) со
степенью аэрации в пластовых условиях от 0,8
до 3. Если ступень аэрации больше 5, то это
уже обработка кислотными аэрозолями
-насыщенными парами кислоты, которые
проникают в самые мелкие каналы.
Газированные кислоты образуются в эжекторе
подобно пенокислоте. После проникновения в
пласт газированной кислоты
незамедлительно начинают очищение его от
продуктов реакции. Для этого открывают
затрубную задвижку, а в НКТ закачивают
чистую газовую фазу и проводят интенсивный
дренаж пластов. Поскольку процесс
непрерывный, длительность кислотной
обработки вместе с освоением скважины
сокращается до нескольких часов, что
значительно повышает
технико-экономические показатели
процесса.
10.3. МЕТОДИКА
ПРОЕКТИРОВАНИЯ КИСЛОТНОЙ
ОБРАБОТКИ
Методика проектирования
изложена в виде комплекса
задач:
проверка целесообразности выбора
скважины для КО (задачи 10.1 и
10.2);
обоснование расхода кислоты во
время ее нагнетания в пласт
(задача
10.3);
подбор рецептуры
кислотных растворов, названия кислот и
присадок к растворам и их концентрации для
КО (задача 10.11);
расчет количества
растворенной породы и изменения пористости
после СКО (задачи 10.6 и 10.7);
расчет
изменения проницаемости пород после СКО и
ГКО (задача 10.8);
определение основных
технологических параметров процесса и
оценка целесообразности его проведения для
СКО (обработка СКР, задачи 10.4, 10.5 и
10.9);
определение количества
растворенной породы и изменения пористости
после ГКО (задачи 10.14 и 10.15);
расчет
основных технологических параметров
процесса и оценка целесообразности его
проведения для ГКО (последовательная
обработка СКР и ГКР (задачи 10.12, 10.13 и
10.16);
расчет объемов продавливающей и
вытесняющей жидкости (задача
10.10);
определение товарной массы
реагентов, являющихся составными кислотных
растворов (задача 10.17).
Обосновать выбор
скважины для кислотной обработки,
определить объект обработки и
фильтрационно-емкостные свойства
обрабатываемых пластов. Предварительно
провести комплекс гидродинамических и
геофизических исследований в скважине,
исследовать образцы продуктивных
пород.
Методика
По данным
исследований скважины определяют
потенциальный коэффициент продуктивности
Кпот отдаленной зоны пласта с
природными фильтрационно-емкостными
свойствами; фактический коэффициент
продуктивности всей зоны дренажа Кф
интервалы продуктивных пластов и их
пористость; физические свойства
коллекторов данного пласта и влияние
кислотной обработки на
фильтрационно-емкостные характеристики
пород-коллекторов.
Предложенная схема
принятия решения относительно кислотной
обработки не является исчерпывающей и при
наличии более полной информации может быть
усовершенствована. Однако она дает
представление о многогранности и сложности
задачи.
Кислотную обработку проводят в
скважине:
для которой фактический
коэффициент продуктивности меньше
потенциального, т.е. отношение
продуктивности
(10.1)
ОП
= Кф/Кпот < 1;
нефтенасыщенные
пласты, выделенные по данным геофизических
исследований, характеризуются пористостью
m0, большей ее нижней предельной
границы для пород коллекторов тгр,
т.е.
(10.2)
т0
> тГр.
Для предкарпатских
месторождений тгр = 7+11 % и возрастает с
увеличением содержания
глинисто-карбонатного цемента и
уменьшением размера зерен скелета пласта;
толщина поглощающих пластов больше
наименьшей предельной, которую следует
обрабатывать кислотой, а это означает,
что
(10.3)
где
hm][ — толщина пласта, поглощающего
жидкость, закачанную в пласт, м, для
предкарпатских месторождений принято h^
> 5 м.
Интервалы приемистости
определяются расходометрией во время
нагнетания в скважину жидкости с давлением,
близким к нагнетанию кислотного раствора,
или термометрией.
Пористость образцов
песчаников и алевролитов Предкарпатья
после обработки солянокислотным раствором
в количестве, достаточном для полного
удаления карбонатов, возрастает не менее
чем на 10 %:
(10.4)
kms =
т/т0 > ks
Пр,
где ks пр =
1,1
Вследствие обработки
глинокислотным раствором, объем которого
равен объему СКР, после СКО пористость
возрастает не менее чем на 10 % сравнительно
с предыдущей:
где m0 — начальная
пористость; ms и mg —
пористость после обработки СКР и ГКР; kg
Пр = 1,1.
Возрастание пористости
после ГКО определится как произведение
kmsg= = k k теk = 11 • 11 =
191
fS‘ms n‘mg>
^msg пр 1>1
1>1
±,^±.
Начальная карбонатность
коллекторов Ск больше предельной
карбонат-ности Ск. пр,
ограничивающей применение СКР. Например,
для песчаников Предкарпатья Ск.
пр = 3 % и
Ск > Ск. пр.
(10.6)
Если удовлетворяется
условие (10.6), то проводят первые обработки
СКО, а затем ГКО. Если начальная
карбонатность меньше 3 %, то проводят только
обработку ГКО.
В завершение анализируют
данные исследований, сравнивая профили
приемистости с выделенными продуктивными
пластами в разрезе скважины. Коэффициент
охвата разреза поглощением в вертикальной
плоскости
k,^ = ^гл/йэф,
(10.7)
где йпгл — толщина
пласта, поглощающего жидкость, м;
кэф — перфорированная толщина
продуктивных пластов в скважине.
Из
опыта проведения КО известно, что если
коэффициент охвата разреза поглощением k^.
< 0,1, то проводят вторичную перфорацию
или поин-тервальную КО; если kB0
> 0,5, то во время КО обычно воздействуют
на весь разрез, а если 0,1 < kBG
< 0,5, то во время первых КО воздействуют
на весь разрез, а вторые — четвертые и
дальнейшие обработки должны быть
направлены на расширение степени охвата
обработкой пластов по толщине, т.е. должны
проводиться по технологии выборочных или
поинтервальных обработок.
Пример 10.1.1
Скважина
эксплуатирует эоценовый песчаник. Дано Кф =
16 т/(сут • МПа); Кпот = 51 т/(сут • МПа); в
разрезе содержится пять пластов,
разделенных в разрезе непроницаемыми
прослойками. Интервалы продуктивных
пластов и их пористость приведены в табл.
10.1.
Нижний предел пористости
мелкозернистых песчаников с содержанием
цемента 5-10 % составляет m^ = 8 %. После пробного
нагнетания в скважине проведена
термометрия разреза. Обнаружены следующие
поглощающие пласты: 2785-2795 м — основной, 2733-2740
м — второстепенный. Итак, принимаем условно
йпгл = 17 м. Обработка призабойной зоны
еще не проведена. Карбонатность
коллекторов в среднем Ск = 4 %. По
данным лабораторных
Т а б л и ц а
10.1
Характеристика разреза скважины
при йэф = 59 м
Интервал продуктивного пласта, м |
Перфорированная толщина |
Пористость, % |
2733-2740 |
7 |
12,0 |
2756-2768 |
12 |
9,8 |
2785-2795 |
10 |
13,0 |
2808-2820 |
12 |
10,5 |
2823-2851 |
18 |
9,6 |
исследований
пористость после СКО возрастает на 20 % по
сравнению с начальной. Обосновать выбор
скважины для КО.
Решение
1.
Рассчитываем значение ОП по формуле
(10.1):
ОП = 18/51 = 0,35 < 1.
В этом
случае имеем значительные резервы
увеличения продуктивности скважины.
2.
Проверяем по уравнению (10.2)
пористость выделенных нефтенасыщенных
пластов. Для всех пластов т0
> тпр, поэтому они являются
коллекторами.
3. Толщина продуктивных
пластов, которую определяют по
формуле
(10.3), значительно больше
наименьшей предельной, поэтому они могут
быть объектом КО.
4. Поскольку Ск = 4
%, что по формуле (10.6) больше Спр = 3 %, и
kms = = 1,2 >ks пр, то
применяем СКО.
5. Среди выделенных
пластов обнаружена приемистость пласта с
наибольшей пористостью, что свойственно
обработке пластов Предкарпатья. Во время
КО, очевидно, кислотный раствор будет
поглощаться в интервале 2785-2795 и 2733-2740 м.
Таким образом,
kB0 = 17/59 = 0,3.
Это
означает, что большая часть разреза без
специальной технологии не будет
обрабатываться кислотой.
Следовательно,
в скважине целесообразно проводить
кислотную обработку всего разреза для
увеличения продуктивности пластов с
наилучшими коллекторами. Дальнейшие
обработки следует проводить так, чтобы
включать в разработку нижние пласты 2808-2851 м
по схеме поинтервальной обработки. Решение
о последующих обработках принимают исходя
из результатов исследования скважины после
первой СКО.
Задача
10.2
Обосновать выбор скважины для
кислотной обработки. Выделить объект и
оценить его фильтрационно-емкостные
свойства с учетом опыта эксплуатации
скважин данной залежи и их обработки
кислотами. Информация о скважине
ограничена.
Методика
Известны
следующие характеристики скважины:
фактический дебит жидкости, интервалы
продуктивных пластов и их пористость,
пластовое давление, приемистость во время
нагнетания жидкости в пласт, содержание
глин и карбонатов в коллекторах. В
результате исследований определены
удельные дебиты в разрезах других
действующих скважин, вероятная толщина
поглощающих пластов при нагнетании
кислотных растворов.
Принимая во
внимание перечисленные данные, кислотную
обработку скважин можно рекомендовать при
условии, что отношение фактического дебита
к ожидаемому дебиту удовлетворяет
неравенству где ОД — безразмерное
отношение дебитов; Рф, Рож —
фактический и ожидаемый дебит жидкости,
м3/сут.
Значение ожидаемого дебита
рассчитывают по
формуле
n
рож = 2
Рож гhэф г,
(10.9)
г=1
где Рож
г — удельный ожидаемый дебит г-х пластов,
пористость которых находится в
определенных пределах, м3/(сут • м);
hэф г — толщина пластов,
пребывающих в соответствующем диапазоне
пористости, м.
Например, для эоценовых
пластов в зависимости от пористости
определены удельные дебиты, приведенные в
табл. 10.2.
Далее необходимо избрать
пласты данной скважины в указанных
пределах пористости, определить их толщину
в каждом из диапазонов и, пользуясь
зависимостью (10.9), рассчитать ожидаемый
дебит, а затем отношение текущего дебита к
ожидаемому.
Приемистость скважины q
во время нагнетания с давлением, меньшим
давления опрессовки эксплуатационной
колонны, больше предельной q^:
q
> q^. (10.10)
Ограничением
здесь является длительность нагнетания 6
м3 кислоты, которая с учетом
допустимого коррозийного воздействия на
трубы при пластовой температуре и
применяемых ингибиторах не должна
превышать 6 ч. Это означает, что наименьший
расход кислоты
qпр > 24
м3/сут.
Суммарная толщина
продуктивных пластов в разрезе не меньше
предельной:
^ф > h^. (10.11)
Для
обоснования такого предельного значения
использованы данные термометрических
исследований в многочисленных скважинах
месторождений Предкарпатья после КО.
Обнаружена средняя толщина интервала (13 м),
который обрабатывали кислотой при
среднеквадратичном отклонении ± 4 м.
Поэтому наименее эффективной толщиной
пласта, на который целесообразно
воздействовать кислотой, считается h^ = 13 — (2
• 4) = 5 м.
Количество глин в коллекторах
Предкарпатья не больше, чем предельное
Сг. пр = 10 %, так как породы с
большей глинистостью обычно не
проницаемые, или
Сгл ? Сг. пр.
(10.12)
Т а б л и ц а
10.2
Значение удельного
дебита
жидкости эоценовых
пластовПредкарпатья
Пределы пористости, % |
Удельный ожидаемый дебит пластов, |
7- |
0,35 |
9- |
0,65 |
11- < 13 |
2,0 |
13- < 15 |
3,0 |
>15 |
4,5 |
Относительная гидропроводность
пластов, поддающихся кислотной обработке
(или иному методу ОПЗ, например, ГРП),
8 от
= 80бр/8скв > 0,5,
(10.13)
где 8обр — это сумма
произведений йэф t (толщина
каждой прослойки) на k0
(проницаемость каждой прослойки, которая
подвергается СКО, ГКО, ГРП и
т.п.).
Условную гидропроводность
скважины 8скв определяют для всех
перфорированных продуктивных прослоек.
Значение вязкости пластовых жидкостей для
этих расчетов условно принимают равным
единице.
Физический смысл относительной
гидропроводности — доля продуктивности
обрабатываемых прослоек к продуктивности
всех прослоек, раскрытых в разрезе
скважины.
Отношение пластового давления
к гидростатическому, свидетельствующее об
энергетическом потенциале пластов
^нр =
Рш/Ргет > 0,7
(1°.14)
где ^нр —
коэффициент, учитывающий энергетический
потенциал давления в пласте; ргст =
Hgp10-6 — гидростатическое давление в
середине пласта (объекта), подвергнувшегося
обработке, МПа; H — глубина залегания
пласта, м; р = 1000 кг/м3 — плотность воды;
g = 9,81 м/с2; рпл — пластовое
давление, приведенное к глубине H, МПа.
Пример 10.2.1
В скважине
в интервале 2715-2920 м перфорированы шесть
продуктивных пластов, которые
сгруппированы по пористости, большей
тпр = 7 %, в четыре интервала (табл. 10.3).
Проницаемость пластов рассчитана по
формулам
(10.3) на основе известной
пористости и типа коллектора.
Дебит
скважины 86,6 м3/сут, газовый фактор 171
м3/т, пластовое давление 25 МПа, средняя
глубина пласта 2800 м. Приемистость скважины
во время нагнетания воды с ПАВ при давлении
15 МПа равна 150 м3/сут. Обломочная часть
породы на 90 % состоит из кварца. Количество
глинистого материала в породе 5 %,
карбонатов 4 %. Определить, целесообразно ли
про-водить в скважине кислотную
обработку.
Решение
1. Определяем
параметр ОД. Для этого рассчитываем по
формуле (10.9) и характеристике разреза
скважины значение
дож = 0,35 -13,2 + 0,65 —
27,2 + 2 -14,1 + 3 — 27,4 = 132,7 м3/сут.
Т а б л и ц
а 10.3
Характеристика разреза
скважины
Интервал пористости, % |
Толщина пласта, м |
Пористость, % |
Проницаемость, мкм2 |
Условная гидропроводность, |
7-9 |
13,2 |
8,0 |
0,0007 |
0,009 |
9-11 |
27,2 |
9,9 |
0,0030 |
0,032 |
11-13 |
14,1 |
12,0 |
0,0213 |
0,300 |
13-15 |
27,4 |
13,9 |
0,0446 |
1,222 |
>15 |
0 |
0 |
0 |
0 |
Тогда по формуле (10.8)
ОД = 86,6/132,7 = 0,65, что меньше единицы,
следовательно, существуют резервы
увеличения дебита скважины.
2.
Сравниваем значение фактической
приемистости скважины с предельной по
формуле (10.10). Поскольку q = 150 м3/сут
> q , то этого количества достаточно для
обработки. Длительность нагнетания 6-18
м3 кислотного раствора в пласт 1-3
ч.
3. Основными поглощающими пластами по
характеристике разреза являются
коллекторы с пористостью 13,9 %,
проницаемостью 0,045 мкм2 и толщиной 27,4
м. Согласно условию (10.11) толщина пластов
достаточна для обработки.
4.
Сравнивая содержание глин в
коллекторе Сгл = 5 % с условием (10.12) и
карбонатность Ск = 4 % с условием (10.6),
приходим к выводу о возможности применения
кислотной обработки путем нагнетания
солянокислотного раствора.
5.
Отношение условной
гидропроводности пластов с наибольшей
пористостью 13-15 % к суммарной составляет е =
1,222/1,613 = 0,76, что удовлетворяет условию (10.13).
Поэтому во время обработки всего разреза,
очевидно, следует обрабатывать пласты с
т = 13-15 %, которые более всего влияют на
продуктивность скважины. Отсюда ожидаем
заметного улучшения дебита.
6.
Сравниваем пластовое давление с
гидростатическим по условию
(10.14):
^нр
= Рпл/Ргст = 25/2800-1000- 9,8 • 10-6 =
25/27,4 = 0,91 > 0,7.
Это означает, что
уровень пластовой энергии достаточен для
удаления продуктов реакции из пласта и
обеспечения эффективной работы скважины
после обработки.
Таким образом, в
скважине целесообразно провести СКО всего
разреза для увеличения продуктивности
пластов с наилучшими коллекторами, после
чего исследовать ее влияние на
продуктивность отдельных частей разреза и
скважины в целом. Решение о дальнейших
действиях принимают на основании
полученных результатов и дополнительных
гидродинамических и термометрических
исследований скважины.
Задача 10.3
Обосновать
расход жидкости и давление во время
нагнетания кислотного раствора в
пласт.
Методика
Из
предварительных исследований скважины
известны: глубина залегания продуктивных
пород и дебит скважины; давление опрессовки
эксплуатационной колонны; характеристика
изменения давления во время нагнетания в
скважину жидкости с постоянным или
постепенно возрастающим расходом; влияние
расхода кислоты на глубину (радиус)
обработки пласта; градиент давления во
время нагнетания кислоты в пласт по данным
предварительных обработок скважины и
градиенты давления гидроразрыва
пласта.
Можно определить условия и
ограничения для обоснования значений
расхода жидкости и давления во время
нагнетания кислотного раствора в пласт. Для
этого необходимо исследовать приемистость
скважины, т.е. характер изменения давления
на устье во время нагнетания в пласт с
наименьшим постоянным расходом насосного
агрегата q или возрастающим q1
<
< q2 < q3 расходом,
например, путем постепенного увеличения
скорости насосного аг!егата.
По данным
исследований построим кривую
Ру =
f(t),
где pY — давление на устье;
t — длительность нагнетания, мин.
Для
незначительного расхода маловязкой
жидкости гидравлические потери трения
невелики. Например, для воды с q = 250
м3/сут через 73-мм НКТ потери ^тр
< 0,002 МПа/100 м или на 2000 м — 0,4 МПа, поэтому
для процесса нагнетания кислоты в пласт
гидравлическими потерями можно
пренебречь.
Расход кислоты qK во
время закачивания в песчано-алевролитовые
пористые пласты с учетом влияния на
скорость прохождения реакции не
регламентируется. Наибольшее допустимое
значение расхода ограничивается лишь
давлением.
О незначительном влиянии
скорости фильтрации на скорость
взаимодействия кислоты с породой известно
из лабораторных исследований и теории
реакций кислотных растворов в поровом
пространстве. Доказано, что в порах с
размерами 10-12 мкм длительность
нейтрализации каких-либо кислотных
растворов на стенках скважины измеряется
долями секунд. В глубине призабойной зоны
продолжительность нейтрализации несколько
возрастает: для солянокислотных растворов
до 10 с, а для глинокислотных — до сотен
секунд. Увеличение расхода кислоты даже в
несколько раз несущественно влияет на
длительность реакции кислоты в пласте. В
отличие от закачивания кислоты в пласт,
длящегося часами, реакция в поровом
пространстве происходит почти мгновенно
для любых реальных расходов кислоты во
время обработки пласта.
Известно, что во
время обработки трещинных карбонатных
коллекторов желательно закачивать СКР при
максимально возможном расходе, так как это
обеспечивает возрастание глубины
обработки пласта и увеличивает
эффективность кислотного
воздействия.
Ограничивается наименьшее
значение расхода, которое зависит от
допустимого пребывания кислоты на забое, с
учетом защиты металла от коррозийной
активности по условию (10.10). Из опыта КО
известно, что расход кислоты на устье
обычно qK = 150+500
м3/сут.
Давление на устье во время
кислотной обработки должно быть меньше
давления опрессовки эксплуатационной
колонны, так как это дает возможность
проводить нагнетание кислоты без пакера и
удешевляет процесс:
pK
< pопр,
где pK — давление на
устье во время поступления кислоты в пласт;
p^ -давление опрессовки.
Обычно
давление опрессовки эксплуатационных
колонн составляет 1520 МПа в
эксплуатационных скважинах и 20-40 МПа — в
разведочных.
Градиент давления во время
нагнетания кислотных растворов в пласт
должен быть меньше градиента давления
гидроразрыва пород в скважинах данного
региона (месторождения), чтобы избежать ГРП
и распространить воздействие кислоты по
толщине пласта:
grad p K =
(p гСТ +
рк)/0,0Щ
где ргрп —
давление на забое во время ГРП перед
закреплением развитых трещин песком, МПа;
H — глубина скважины, м; pгст —
гидростатическое давление воды в скважине,
МПа.
(10.18)
(10.19)
p^ = pgH;
р —
плотность жидкости в скважине, кг/м3;
g = 9,8 м/с2.
Приведем значения
средних градиентов давлений гидроразрыва
пласта, которые наиболее характерны для
условий предкарпатских месторождений.
Градиент p = 1,8 МПа/100 м в нефтяных скважинах и
градиент p = = 1,90 МПа/100 м — в
водонагнетательных. Во время КО нефтяных
скважин градиент pK = 1,56 МПа/100 м, а
водонагнетательных — 1,73 МПа/100
м.
Разность давлений обусловлена
наличием в призабойной зоне нефтяных
скважин воронки депрессии, а в
нагнетательных — репрессии.
Если
давление ГРП не исследовано, то можно
считать, что
grad p^ = 100^ + 0,008 H)/
H.
(10.20)
Это значение
используют для принятия решения по условию
(10.16).
Пример
10.3.1
Скважина эксплуатируется
штанговым глубинным насосом (ШГН) с
дебитом
6 т/сут. Эффективная толщина
пластов, размещенных в интервале 18401960 м,
кэф = 50 м. Пластовое давление
pra = 17 МПа, давление опрессовки колонны
p^ = 20 МПа. Результаты исследования скважины
на приемистость воды плотностью 100
кг/м3 изображены на рис. 10.1. Определить
ожидаемые расходы кислоты и давление во
время нагнетания в
пласт.
Решение
1.
Анализируя кривую pY = f(t),
находим, что на протяжении 10 мин нагнетания
в пласт давление возрастает стремительно, а
далее — очень медленно, поэтому значение
pу = 12 МПа для t = 20 мин можно
считать квази-устойчивым для расхода
q0 = 225 м3/сут.
2.
Принимаем qK = q0 = 225
м3/сут для pK = 12 МПа. Проверим
допустимость применения такого расхода.
Поскольку верхний предел расхода кислоты в
песчаных коллекторах не ограничен,
проверяем допустимость применения qK =
q0 по условию (10.10) наименьшего расхода.
Определив, что qK = 225 м3/сут > q
, принимаем заданный расход для
обработки.
3. Сравниваем давления по
условию (10.15) и, так как pK < p , КО
проводим без пакера.
4.
Проверим возможность
гидроразрыва пласта во время нагнетания
под давлением pK < p^. Вначале
рассчитываем среднюю глубину
обрабатываемых пластов
H = (1840 + 1960)/2 =
1900 м,
а далее по условию (10.19)
p^ =
pgH = 1900 — 1000 — 9,8 = 18,6 МПа.
grad рк = (18,6
+ 12)/0,01 • 1900 = 1,61 МПа/100 м.
Рис. 10.1.
Изменение давления ру на
устье скважины во время пробного
нагнетания в пласты (q = 225
м3/сут):
1, 2 — давление для
водонагнетательной и нефтяной скважины
соответственно; 3 — объем жидкости,
м3; ру — давление на устье
скважины, МПа; t — продолжительность
нагнетания в пласт, мин; V — закачанный в
скважину объем жидкости, м3
V,m°
15
10
, iri»U j |
— |
|
~ J |
2 |
|
J |
J-i |
i—,J— |
~ / |
— |
|
/ |
||
/ J / |
Ро |
Ро |
7/ |
3 _ |
|
1/ |
||
—-«-т» |
1 ‘ |
‘ | |
10
10
15 t,
мин
Проверяем условие
(10.16), по которому grad pK = 1,61 МПа/100 м
< 1,8 МПа/100 м, поэтому гидроразрыв пласта
не ожидается.
Пример
10.3.2
Водонагнетательная скважина,
пробуренная на глубину 2910 м, раскрыла
олигоценовые отложения с пористостью 9-10 % в
интервале 2414-2906 м, обсаженном фильтром,
середина которого H = 2660 м. Пластовое
давление 28 МПа, забойное давление во время
нагнетания воды в пласт рн., = = 39,6 МПа и
представляет собой сумму давлений на устье
р у = 13 МПа во время нагнетания
воды с расходом Q = 45 м3/сут и
гидростатического ргст = = 26,6 МПа.
Тогда градиент забойного давления
grad
рн.в — рн.в/0,01 Н =
39,6/26,6 = 1,49 МПа/100 м.
Репрессия на пласт во
время закачивания воды
Ар = рнв
— рпл = 39,6 — 28,0 = 11,6 МПа,
а коэффициент
приемистости K = Q/Ар = 45/11,6 = 3,87
м3/(сут • МПа).
Давление опрессовки
рн.в = 20 МПа. Для увеличения
приемистости планируют кислотную
обработку. Исследовано увеличение давления
во время нагнетания насосным агрегатом (см.
рис. 10.1) с постоянным расходом q 0 = =
225 м3/сут. Определить ожидаемое
давление и расход кислоты во время
КО.
Решение
1.
Анализируя кривую ру =
f(t) (см. рис. 10), находим, что после 5 мин
нагнетания давление на устье практически
стабилизировалось при р0 = = 19 МПа
для расхода q0 = 225 м3/сут.
2.
Принимаем qK = q0 = 225
м3/сут для рк = р0 = 19 МПа.
Верхний предел расхода кислоты во время
обработки песчаных коллекторов не
ограничивается, а нижний должен быть больше
q по условию (10.10):
qK = q0 = 225
м3/сут > 25 м3/сут.
Заданный
расход приемлем для КО.
3.
Проверим допустимость давления
нагнетания для рк = ропр
Условие
(10.15) выполняется, поскольку
рк = 19 МПа. Для проверки условия (10.16)
определим по (10.18)
Поскольку 1,71 < 1,90
МПа/100 м, считаем, что кислота будет
поступать в пласт под давлением pK = 19
МПа.
Пример
10.3.3
Нефтяная скважина
эксплуатируется штанговым насосом.
Эффективная мощность песчаников,
залегающих в интервале 2690-2790 м, обсаженном
фильтром, равна 60 м. Дебит нефти — 6 т/сут.
Пластовое давление на глубине 2740 м равно 22
МПа. Давление опрессовки эксплуатационной
колонны составляет 18 МПа. Данные
исследования скважины на приемистость
приведены на рис. 10.2. Оп ределить ожидаемый
расход кислоты и ее давление во время
поступления в пласт.
Решение
1.
Результаты исследований приемистости (см.
рис. 10.2) свидетельствуют, с одной стороны, о
возможности применять наибольший расход
q03 = = 330 м3/сут и быстрее
нагнетать кислоту в пласт, а с другой,
поскольку p^p = 18 МПа < p03 = 22 МПа, о
необходимости дополнительных мер для
защиты эксплуатационной колонны с таким
режимом нагнетания. Поэтому рассмотрим
процесс нагнетания с меньшим расходом.
2.
Согласно теории КО поровых
коллекторов, уменьшение расхода кислоты не
обусловливает уменьшения радиуса
обработки пласта. Поэтому целесообразно
выбрать расход q01 = 110 м3/сут с
давлением p01 = 15 МПа <
< p^ по
условию (10.15).
3. Проверим
допустимость нагнетания кислоты в пласт с
давлением pK = = p01 = 15 МПа с точки
зрения возможного ГРП. Вначале определим
p гст на глубине H по условию
(10.19): p^ = 27,4 МПа. Далее по формуле (10.18)
grad
pK = (27,4 + 15,0)/0,01 H = 1,55 МПа/100 м.
Так
как условие (10.16) grad pK < 1,8 МПа/100 м
удовлетворяется, сделаем вывод о том, что во
время КО можно поддерживать расход кислоты
qK = = 110 м3/сут и давление pK =
15 МПа.
Задача
10.4
Рассчитать продолжительность
реакции СКР в порах песчаного
карбонизированного коллектора.
10
20 30 t,
мин
359
Рис. 10.2. Изменение давления
ру на устье скважины во время
пробного закачивания в пласты (расход 110; 220
и 330 м3/сут):
!у — давление на
устье скважины, МПа; t —
продолжительность нагнетания в пласт, мин;
V — закачанный в скважину объем жидкости,
м3
Реакция СКР с породой является
гетерогенной реакцией первого порядка,
которая лимитируется диффузорной стадией и
описывается уравнением
С = С0 exp(-4px/ dp),
(10.21)
где
dcp =
0,57(k0m0)0,5104;
(10.22)
С0 и С —
соответственно начальная и текущая
концентрации кислоты, молярная или в
процентах (по массе); в — коэффициент
массопередачи, м/с; т — время фильтрации
через породу, с; йср — средний
диаметр пор в пористой среде, м; k0 —
проницаемость пласта перед обработкой,
мкм2; т0 — пористость, %.
С
достаточной для практики точностью
принимаем степень нейтрализации СКР для
уровня С = 0,1 С0. Прологарифмировав
уравнение (10.21) и учитывая, что 1п(С0/С) =
2,3 определяем продолжительность
нейтрализации для заданных условий:
т =
0,575dcp / р. (10.23)
Для расчета
коэффициента массопередачи используем
эмпирическую зависимость для СКР
р = 28,8
-10-4/Re0‘05Dms /
dcv, (10.24)
где
Re =
(uCp dCp)/ v;
(10.25)
Dms — коэффициент
молекулярной диффузии, постоянный для
определенной концентрации соляной кислоты
и температуры, м2/с; иср — средняя
линейная скорость движения СКР, м/с; v —
кинематическая вязкость кислоты,
м2/с.
Итак,
Dms = (D0s
— 0,0178-10-4 /273)(273 + 7^)/ v,
(10.26)
где Dos —
коэффициент диффузии для HC1.
Значение
Dos находим из табл. 10.4 для заданной
концентрации HC1, а значение вязкости воды —
из табл. 10.5.
Т а б л и ц а
10.4
Коэффициент диффузии для HC1 при
0°С
Концентрация HC1 |
Коэффициент диффузии Я/Ю-8, м2/с |
|
массовая % |
молярная |
|
5 |
1,39 |
0,169 |
10 |
2,87 |
0,190 |
15 |
4,46 |
0,212 |
20 |
6,03 |
0,235 |
25 |
7,72 |
0,259 |
30 |
9,45 |
0,282 |
Т а б л
и ц а 10.5 Кинематическая вязкость
воды
Температура Гл, °С |
Кинематическая вязкость v-10-4, |
Температура |
Кинематическая |
|
0 |
0,0178 |
80 |
0,0035 |
|
20 |
0,0100 |
100 |
0,0028 |
|
40 |
0,0065 |
120 |
0,0023 |
|
60 |
0,0047 |
140 |
0,0019 |
Линейная скорость
фильтрации СКР в поровом пространстве
максимальная на стенках скважины с
радиусом гс = 0,1 м; она уменьшается
с увеличением радиуса проникновения
кислоты г. Определить суммарную площадь
отверстий на цилиндрических
фильтрационных поверхностях радиусом г
достаточно сложно.
Для этого учитывают
неравномерность проникновения СКР в
разрезе вокруг скважины (в вертикальной и
горизонтальной плоскостях), а также
микронеоднородность порового пространства
по распределению поровых каналов и участие
их в фильтрации. Таким образом, площадь
фильтрации F на расстоянии г от
скважины записывают в виде
F =
2пг(т0/ 100)йэф&в.о&г.о&у.ф&в,
(10.27)
где г — радиус
распространения СКР от оси скважины, м,
г > гс; т0 —
пористость пласта, %; кэф —
эффективная перфорированная толщина
пласта, м; kB0 — коэффициент степени
охвата пласта по вертикали (по данным
промысловых исследований); ?го —
коэффициент степени охвата пласта СКР по
горизонтали; ?у.ф — коэффициент,
учитывающий участие пор в фильтрации СКР
(по данным лабораторных исследований); k —
коэффициент вытеснения пластовой жидкости
водным кислотным раствором (по данным
лабораторных исследований).
Средняя
линейная скорость СКР
иср = (q/86400)/ F,
(10.28)
где иср — средняя
линейная скорость фильтрации, м/с; q —
объемный расход СКР, м3/сут; F —
площадь фильтрационных отверстий,
м2.
По результатам анализов
образцов пород Предкарпатья предлагаем
неравномерность охватывания породы
обработкой СКР в горизонтальной плоскости
записать как зависимость
кго =
exp(-0,1r). (10.29)
Пример 10.4.1
Пласт
карбонизированного песчаника обрабатывают
раствором С0 = 15 % HCl; т0 = 14 %;
кэф = 78,3 м; ?в.о — 0,35; k ф =
0,28; k„ = 0,5; q = 260 м3/сут; k0 =
0,044 мкм2; Тпл = 85 °С; v = 0,33 • 10
м2/с; Dos — зависит от
концентрации СКР (см. табл. 10.4); значение
kY^ см. в табл. 10.10.
Решение
1.
Сначала определяем суммарную площадь
поровых отверстий на расстоянии г от
оси скважины, сквозь которые фильтруется по
пласту кислотный раствор по формуле
(10.27):
Здесь и далее решение записано как
функция г. Результаты расчетов для
различных r приведены в табл. 10.6.
2.
Определяем среднюю скорость фильтрации
кислотного раствора на расстоянии r по
формуле (10.28)
иср = (260/86400)/F =
0,003/F.
3. Число Рейнольдса находим по
уравнению (10.25). Принимая во внимание (10.22),
рассчитываем диаметр поровых
каналов
dcp = 0,57(0,044/14)-0,50,5 —
10-4 = 3,2 — 10-6 м.
Считаем, что
кинематическая вязкость СКР равна вязкости
воды с пластовой температурой Тпл = 85
°С, т.е.
v = 0,33 — 10-6
м2/с.
Число Рейнольдса определяем
таким образом:
Re = иср — 3,2 —
10-6/0,33 — 10_6 = 9,7иср.
4.
Рассчитаем коэффициент
массопередачи для реакции в поровом
пространстве по формуле (10.24). Для этого
сначала определим по формуле (10.26) значение
коэффициента молекулярной диффузии 15 %-ной
HC1 для температуры пласта
Dms =
[(0,212 — 10-8 — 0,0178 — 10 4)/273][(273 + 85)/0,0033 —
10-4] =
= 1,5 — 10-8
м2/с.
Подставив значение
Dms в формулу (10.24), получим Р = 28,8 —
10-4Re0,051,5 — 10-6/3,2 — 10-6 =
13,3 — 10-6Re0‘05.
5.
Определим длительность реакции
(с) в пласте по уравнению (10.23), подставив в
него значение диаметра поровых каналов
d^:
т = 0,575 — 3,2 — 10-6/р = 184 —
10-8/р.
Результаты расчетов (см. табл.
10.6) свидетельствуют о том, что скорость
реакции в пласте измеряется секундами.
Следовательно, выдерживать соляную кислоту
на реагирование не следует, так как она
теряет почти всю свою химическую
активность во время поступления в
пласт.
Т а б л и ц а 10.6
Расчет
процесса солянокислотной обработки
Параметры |
Расстояние r от оси |
||||||
0,1 |
0,3 |
0,5 |
1,0 |
2,0 |
3,0 |
4,0 |
|
Суммарная |
0,36 |
0,98 |
1,60 |
3,05 |
5,53 |
7,48 |
9,03 |
Средняя линейная скорость фильтрации |
0,83 |
0,31 |
0,19 |
0,10 |
0,05 |
0,04 |
0,03 |
Число |
805 |
301 |
184 |
97 |
52 |
39 |
32 |
Коэффициент |
12,3 |
48,5 |
30,4 |
16,5 |
9,2 |
7,0 |
5,8 |
Длительность реакции в пласте т, с |
1,5 |
3,8 |
6,0 |
11,0 |
20,0 |
26,0 |
32,0 |
Рассчитать параметры зоны
растворения в СКР. Рассчитать глубину
проникновения СКР в поровое пространство,
количество растворенной породы и радиус
зоны растворения на основании лабораторных
исследований. Охарактеризовать изменение
пористости пород после их обработки.
Методика
Кислотный
раствор проникает в поровое пространство
неравномерно. Поэтому, как и в предыдущей
задаче 10.4, учтено влияние
макронеоднородности (коэффициенты
kB.D и kго) и
микронеоднородности (коэффициент
?у.ф) породы. С учетом этого определяют
объем кислотного раствора на расстоянии r
от оси скважин:
Vks = 2пНэф
&в.о
&у.ф&в(то0/100)[ехр(-0,1Гс)(0,1Гс + 1)
—
— exp(-0,1r)(0,1r + 1)]100. (10.30)
Если
выражение в скобках обозначить функцией
A(r), тогда уравнение (10.30) можно записать
в виде
Vks = 2лАэф^.оку.ф —
k,m0A(r).
(10.31)
Вычисленные значения
функции A(r) сведем в табл. 10.7.
Расчет
обычно производят в пределах гс
< r < 10 м, где гс = 0,1 м, а шаг
изменения радиуса составляет 0,1 м в
пределах до r = 1 м; 0,2 м — в пределах до
r = 2 м и 1 м — в пределах до r = 10 м.
По
уравнению (10.31) определяем, какой радиус
отвечает заданному объему КР и строим
графики Vks = f(r), как указано на рис.
10.3. Далее рассчитываем длительность
поступления заданного объема кислотного
раствора в пласт
tv = 1440Vks / qK,
(10.32)
где tv —
длительность закачивания СКР, мин; qK —
расход СКР, м3/сут.
Порода
растворяется в количестве Gs
только в сфере проникновения СКР условным
радиусом r. Это означает, что возрастает
объем только той части порового
пространства, которая заполнена СКР и
контактирует с ним. Понятно, что это
является зоной реагирования кислоты с
породой.
Т а б л и ц а 10.7
Результаты
расчетов A(r) в зависимости от радиуса
проникновения кислоты r
r, м |
A(r) |
r, м |
A(r) |
r, м |
A(r) |
0,1 |
— |
1,0 |
0,004630 |
2,5 |
0,026435 |
0,2 |
0,000147 |
1,1 |
0,005565 |
3,0 |
0,036880 |
0,3 |
0,000438 |
1,2 |
0,006609 |
3,5 |
0,048620 |
0,4 |
0,000729 |
1,25 |
0,007150 |
4,0 |
0,061304 |
0,5 |
0,001159 |
1,3 |
0,007696 |
5,0 |
0,090000 |
0,6 |
0,001678 |
1,4 |
0,008696 |
6,0 |
0,121700 |
0,7 |
0,002287 |
1,5 |
0,010140 |
7,0 |
0,155600 |
0,8 |
0,002980 |
1,75 |
0,013800 |
8,0 |
0,190900 |
0,9 |
0,003761 |
2,0 |
0,017480 |
9,0 |
0,227400 |
10,0 |
0,263900 |
Рис. 10.3.
Развитие зоны растворения пласта СКР и
профиль нейтрализации кислоты (типичная
картина):
Gs — масса
растворенной породы, т; Vks -объем
СКР, м3; г — радиус от оси скважины,
м; гз р и гпр р — условные радиусы
зоны растворения и продуктов реакции, м;
С/С0 — отношение текущей
концентрации к начальной; V — объем зоны
растворения
Количество растворенной породы
легко определить, если известен
коэффициент возрастания пористости
kms.
Для расчета kms
используем результаты лабораторных
экспериментов. Фильтруют излишек СКР для
полного удаления карбонатов из образца
породы и определяют увеличение его
пористости Ams. Применяют
следующее выражение:
kms =
(m0 + Ams)/m0 =
mc/m0.
(10.33)
Количество растворенной
породы (кг) в зоне г проникновения
Vks объема соляной
кислоты
Gs = Рек
Vks(kms— О»
0°.34)
где рск = 2000-2700
кг/м3 — плотность скелета
растворяющейся в СКР породы: kms = 1,1
*1,3 для слабокарбонатных песчаных пород
Предкарпатья.
Таким образом, с учетом
Vks = /(г) строим зависимость
Gs = /(г) (рис.
10.3).
Теперь можно
определить размеры зоны
растворения СКР.
Учитываем,
что реакция СКР в
пласте происходит почти
мгновенно (см.
задачу 10.4,
табл. 10.6), поэтому
профиль нейтрализации СКР в пласте
является прямоугольным. Условный радиус
фронта зоны растворения определяют из
максимального количества породы, которая
может быть растворенной в объеме
кислотного раствора заданной
концентрации
Gms =
VksDCsRms’
(10.35)
где
Gms — максимальная
растворимость в
кислотном растворе,
кг; DCs — потеря
кислотности, мг-экв/м3;
Rms —
средняя растворимость
породы на едини
цу
потери кислотности, кг/мг-экв.
Для
условий обработки песчаных пород
Предкарпатья Rms = (17*25)10-6
кг/мг-экв.
Считается, что потери
кислотности составляют 90 % ее начального
значения, или
DCS = 0,9Cms
(10.36)
(Cms определяют по
табл. 10.4).
Подставив (10.36) в уравнение (10.35),
найдем
Gms = 0,9 Vks
CmsRms.
(10.37)
После расчета
Gms для заданных значений
Vks радиус зоны растворения
гзр находим графическим или
приближенным методом. Откладываем на оси
Gs значение Gms и,
пользуясь кривой Gs = f(r) (см.
рис. 10.3), получаем на абсциссе r искомый
радиус зоны растворения. Наиболее часто
радиус растворения изменяется в пределах
от 0,5 до 1,5 м. Чтобы найти радиус растворения
продуктов в пласте гпрр, опустим
перпендикуляр из заданного значения
Vks на ось абсцисс. Зная глубину
обработки пласта кислотой, используем
полученные результаты и построим профиль
нейтрализации кислоты в пласте (см. рис. 10.3)
в координатах C /C0 = f(r), где С и С0 —
соответственно текущая и начальная
концентрации СКР.
Пример 10.5.1
Пласт
карбонизированного песчаника обработан 15
%-ным раствором HC1. Условия см. задачу 10.4.1.
Кроме того, по данным лабораторных
исследований: Ск = 3,1 %; kms = 1,2;
р = 2700 кг/м3; Cms = 4,46 — 106
мг-экв/м3; Rms = = 20 — 10-6
кг/мг-экв. Рассчитать параметры зоны
растворения в СКР.
Решение
1.
Определяем сначала по формуле (10.31)
возрастающий объем СКР по мере нагнетания
его в пласт как функцию условного
радиуса:
Vks = 2 — 3,14 — 14 — 78,3 — 0,35 — 0,28
— 0,5A(r) = 337,3A(r).
Эти и последующие
результаты расчетов сведены в табл. 10.8.
2.
Продолжительность нагнетания
(мин) СКР на заданную глубину пласта (по
радиусу) рассчитываем по формуле (10.32),
расход кислотного раствора q = 260
м3/сут:
tv = 1440tks/260.
3.
Количество породы, которая может
быть растворенной в зоне r
проникновения СКР, определяем при условии
известного kms = 1,2 и рск = = 2700
кг/м3. С учетом этого запишем формулу
(10.34) в виде
Gs = 2700(1,2-1)Vks = 540Vks.
4.
Рассматриваем варианты
закачивания в пласт от 3 до 18 м3 СКР -15
%-ной HC1 и определяем максимальную
растворимость породы после нейтрализации
СКР на 90 %. Для 15 %-ной HC1 из табл. 10.4 находим
молярную концентрацию Gms = 4,46 —
106 мг-экв/м3. По данным
лабораторных исследований средняя
растворимость в СКР эоценового
песчаника
Rms = 20 — 10-6
мг-экв/м3.
Т а б л и ц а
10.8
Растворение породы пласта по
глубине проникновения СКР
Параметры |
Расстояние r от оси |
м |
|||||||
0,1 |
0,3 |
0,5 |
0,7 |
1,0 |
1,5 |
2 |
3 |
4 |
|
Объем СКР |
— |
0,15 |
0,39 |
0,77 |
1,56 |
3,42 |
5,89 |
12,4 |
20,6 |
Длительность нагнетания СКР в пласт |
— |
— |
— |
— |
8,6 |
18,9 |
32,6 |
68,7 |
114,1 |
Масса |
81 |
210 |
416 |
842 |
1847 |
Не |
рассчитаны |
Т а б л и ц а 10.9
Объемы СКР и
глубина обработки пласта СКР
Объем СКР Vks, |
Максимальная |
Радиус зоны |
Радиус зоны продуктов реакции в пласте |
3 |
240 |
0,54 |
1,4 |
6 |
480 |
0,76 |
2,1 |
9 |
720 |
0,92 |
2,5 |
12 |
960 |
1,08 |
Не определяли |
15 |
1200 |
1,20 |
То же |
18 |
1440 |
1,32 |
Подставив эти значения в
уравнение (10.37), получаем Gms = 0,9Vks4,46 •
106 = 80 Vks.
Результаты расчетов
сведены в табл. 10.9.
5. Построим
по данным табл. 10.8.
графики Vks
= f(r) и
Gs =
f(r) (см.
рис. 10.3).
6.
Опустив перпендикуляр из
заданных значений Vks и Gms
на ось абсцисс, найдем радиусы зоны
продуктов реакции и зоны растворения —
гпрр и гзр, которые приведены в
табл. 10.9.
Зная глубину обработки пласта
кислотой и пользуясь полученными
результатами, построим профиль
нейтрализации кислоты в пласте (см.
рис.
10.3) для 6 м3 СКР.
Задача 10.6
Рассчитать
количество растворенной породы в
солянокислом растворе. Известны
карбонатность и глинистость
песчаника.
Методика
Методику
применяют, если отсутствуют данные
исследований увеличения пористости
образцов породы после обработки СКР, т.е. не
определено Kms, как описано в
задаче 10.5, или для сравнения с лабораторным
экспериментом. Для решения задачи нужно
знать содержание карбонатов и глин в
породе.
Из лабораторных экспериментов
исследования растворимости
песчано-алевролитовых пород Предкарпатья в
СКР известно, что во время обработки
излишком соляной кислоты в пластовых
условиях из породы извлекаются около 25 %
алюмосиликатов и 50 % карбонатов.
Растворения SiO2 практически не
происходит. С учетом приведенных данных
запишем формулу растворимости породы в
излишке СКР в виде
DGS =
0,25Сгл + 0,5CK, (10.38)
где
DGs — растворимость породы в СКР, %
(по массе); Сгл — содержание глин в
породе, %; Ск — содержание карбонатов
СаСО3 и MgCO3 в породе, %.
Количество растворенной породы (кг)
определяем по формуле
где рп =
2200+2300 — средняя плотность пористой породы,
кг/м3; m0 — пористость перед
обработкой, %.
Пример
10.6.1
Производят СКО скважины СКР.
Рассчитать количество растворенной породы,
если известны Сгл = 6,6 %, Ск = 3,2 %,
плотность породы рп = = 2300 кг/м3,
пористость m0 = 14 %.
Решение
1.
Для определения количества растворенной
породы рассчитываем растворимость в СКР по
формуле (10.38)
DGs = 0,25 — 6,6 + 0,5 — 3,2 =
3,26 %.
2. Количество растворенной породы
(кг) в зоне реагирования кислоты
определяется как функция объема
Vks по уравнению (10.39)
Gs
= 2300Vks 3,26/14 = 535Vks.
Далее
строим зависимость Gs = f(r).
Поскольку Vks = f(r), решаем задачу о
радиусе зоны обработки СКР аналогично
задаче 10.5.
Задача
10.7
Рассчитать ожидаемое изменение
пористости песчаного коллектора после
обработки его солянокислотным раствором.
Известны карбонатность и глинистость
породы.
Методика
Методику
применяют в случае отсутствия прямых
лабораторных исследований определения
kms при наличии данных, указанных в
задаче 10.5.
С начала рассчитываем
количество растворенной породы (в %, по
массе) по формуле (1 0.38).
Зная DGs,
определяем объемную растворимость
DVs (в %), которая отвечает
увеличению пористости породы:
DVs =
PпDGs/рcк.
(10.40)
Следовательно, значение
пористости (%) породы после обработки
СКР
ms = m0 + DVs.
(10.41)
Коэффициент возрастания
пористости после обработки СКР
сравнительно с начальной
пористостью
kms =
ms/m0, (10.42)
Далее по
уравнению (10.34) находим Ds.
Пример 10.7.1
Задан
состав породы аналогично задаче 10.4,
плотность скелета породы рск = = 2700
кг/м3, плотность породы рп = 2300
кг/м3, пористость перед обработкой
m0 = 14 %. Определить увеличение
пористости после обработки
СКР.
Решение
1. Согласно данным
задачи 10.6 принимаем расчетное значение
растворимости в СКР DGs = 3,26 %.
2.
По формуле (10.40) рассчитываем
DVs = 2300 • 3,26/2700 = 2,78 %.
3.
Пористость породы после
обработки определяем по
уравнению
(10.41):
ms = 14 + 2,78 = 16,8
%.
4. Кратность увеличения пористости
после обработки СКР находим
по
(10.42)
kms = 16,8/14 = 1,2.
Задача 10.8
Определить
проницаемость песчано-алевролитовых пород
до кислотной обработки и после нее.
Методика
Обычно в
материалах исследования скважин
геофизическими методами рядом с
геофизическими параметрами указывают
также значение пористости пластов.
Проницаемость пород определяют с
использованием корреляционных
зависимостей, в которые входят различные
параметры (амплитуда потенциалов
собственной поляризации, пористость и т.п.),
либо другими методами. Для определения
изменения пористости и проницаемости после
СКО и ГКО использованы лабораторные данные,
выполненные Ф.М. Бурмичем. Типизация
предкарпатских пород-коллекторов с учетом
гранулометрического состава, количества
цемента и глинистости приведена в табл.
10.10.
Обработка данных об участии пор в
фильтрации во время нагнетания в образцы
пород кислотных растворов, проведенная Т.В.
Будзенко в ЦНИЛ “Укрнефть”,
свидетельствует, что в высокопроницаемых
образцах она почти в 2 раза выше, чем в
низкопроницаемых.
Для определения
начальной проницаемости используют
зависимости, полученные В.М. Дистряновым
(табл. 10.11).
Результаты анализа влияния КО
на пористость и проницаемость коллекторов
после обработки свидетельствуют, что с
достаточной для практики точностью можно
прогнозировать изменение проницаемости
после КО, используя экспериментальные
данные. Изменение проницаемости после СКО
(обработка СКР) и ГКО (последовательная
обработка СКР и ГКР) определяют в
лабораторных условиях. Из обработки
экспериментальных данных найдены
корреляционные зависимости увеличения
проницаемости пород после обработки СКР
песчаников и алевролитов Предкарпатья в
количестве, достаточном для удаления
карбонатов:
k = 0,9
exp(0,2CK),
(10.44)
ks =
к/К
После дальнейшей обработки ГКР
этих же образцов породы найдены
зависимости:
Т а б л и ц а
10.10
Типизация предкарпатских
пород-коллекторов
Код KL |
Название типа |
Содержание |
Глинистость, |
Коэффициент участия пор в |
1 |
Песчаники среднемелкозернистые |
<5 |
2 |
0,42 |
2 |
Песчаники |
<5 |
3 |
0,37 |
3 |
Песчаники мелкозернистые, |
5-10 |
5 |
0,32 |
4 |
Песчаники мелкозернистые, |
10-20 |
8 |
0,26 |
глинизированны е |
||||
5 |
Алевролиты слабоглинизированные |
<10 |
5 |
0,23 |
Т а б л и ц а 10.11
Расчет
проницаемости коллектора
Тип коллектора (KL) |
Уравнение регрессии, мкм2 |
1 |
k0 = |
2 |
k0 = 127,8-11 |
3 |
k0 = 158,7-11 |
4 |
k0 = 76,5-11 |
5 |
д) 3 .4 0. S3 4, 7 II k0 |
для пород с
начальной проницаемостью k0
< 0,001 мкм2:
kJ = К
(kmskmg)3
(10.46)
(10.47)
(10.48)
и для пород с начальной
проницаемостью k0 > 0,001
мкм2
К = К (kmskmg
^
где kg = % /
k0.
Таким образом, можно с достаточной
для практики точностью определить
ожидаемое возрастание проницаемости после
СКО и ГКО. На рис. 10.4 графически изображено
изменение проницаемости после КО.
Рис. 10.4. Изменение проницаемости
пород Предкарпатья после СКО и
ГКО:
1 — обработка излишком СКР по
уравнению (10.44); 2 — последовательная
обработка СКР и ГКР согласно уравнению (10.47)
для породы с k0 > 0,001 мкм2;
3 -то же для k0 < 0,01 мкм2.
Верхние границы кривых 2 и 3 для
kms = kmg = 1,25, ниж-
1
1 А А
У
шге — для
kms = km. = 1,1
Задано
k0 = 0,044 мкм2; Ск = 3,1 %.
Определить ожидаемую проницаемость после
обработки СКР.
Решение
1.
Расчет проводим по формуле (10.44)
ks = 0,9exp 0,2 — 3,1 = 1,67.
2.
Проницаемость после СКР определяем по
формуле (10.45)
ks = 1,67 — 0,044 = 0,074
мкм2.
Пример
10.8.2
Планируется провести ГКО
песчаного коллектора типа KL = 4 раствором
СКР, затем — ГКР. Известны kms = 1,2;
kmg = 1,25; m0 = 11 %; Ск = 4 %.
Определить проницаемость до обработки и
после нее.
Решение
1. По формуле
(10.43) определяем начальную проницаемость
k0 = 76,6 — 10-11
m05‘85 = 76,6 — 10-11 — 1 236 366 =
0,00094 мкм2.
2. Ожидаемое изменение
проницаемости после обработки СКР
рассчитываем по уравнению (10.44)
ks* =
0,9 exp(0,2 — 4) = 0,9 — 2,22 = 2,
а по истечении
последовательной обработки ГКР — по формуле
(10.46)
Щ = 2(1,2 -1,25)3 = 2 — 3,37 = 6,75.
3.
Проницаемость после ГКО определим по
формуле (10.48) kg = 6,75 — 0,00094 = 0,0063
мкм2.
Пример
10.8.3
Задано: k0 = 0,044
мкм2; Ск = 3,1 %; kms = 1,2;
kmg = 1,1. Определить проницаемость
после обработки ГКР ks =
1,7.
Решение
1. Изменение
проницаемости рассчитываем по (10.47) k; =
1,7(1,2 -1,1)2 = 1,7 -1,74 = 2,96.
2.
Проницаемость после ГКО определяем по
уравнению (10.48) kg = 2,96 — 0,044 = 0,130
мкм2.
Задача
10.9
Рассчитать технологическую и
экономическую эффективность проведения
солянокислотной обработки.
(10.49)
As 2 —
р)
As1 —
(k0 /
ks НпСГз.р / rc) +
(ko/ knp p)
ln(rnp.p/ .3p,
где
Qs2, Q0 — дебит после обработки
СКР и однородного пласта, м3/сут;
k0, ks, kпp.p —
проницаемость пласта соответственно до
обработки, в зоне растворения и в зоне
выпадения продуктов реакции, мкм2;
rs, гзр, гпрр, rK —
соответственно радиусы скважины, зоны
растворения, зоны выпадения продуктов
реакции и контура питания,
м.
Лабораторные исследования
подтверждают, что после выпадения
продуктов реакции СКР в поровой среде его
проницаемость снижается до ^.пр = =
(0,5*0,7)k0. И наоборот, если их немедленно
извлечь из призабойной зоны, то
проницаемость пласта не изменится,
^.пр = k0 (см. рис. 10.5, а), и тогда
формула (10.49) будет иметь следующий
вид:
Qs1 !n(rK/
rc)
‘0
v‘v0 / ,vsx
ч‘з.р
Приняв, что фактический дебит
перед обработкой Qф эквивалентен дебиту
однородного пласта Q0, т.е. Qф = Q0,
дебит скважины после обработки запишем
так:
Qs = ^ф.
(10.51)
Дополнительная добыча
нефти DQH = (Qs — Qф)Гнpн(100 —
Wq)/100, (10.52)
где DQH —
дополнительная добыча нефти после СКО, т;
Гн — длительность работы скважины с
повышенным дебитом, сут; рн —
плотность нефти; W -обводненность нефти,
%.
Степень увеличения дебита
после СКО рассчитываем, применив решение
задачи о притоке жидкости в скважину с
однородным и неоднородным пластом.
Расчетная схема изображена на рис. 10.5. Для
расчета необходимо знать проницаемость
пласта до и после обработки, радиус зоны
растворения и зоны загрязнения продуктами
реакции. Расчет для условий фильтрации
через две зоны,
ограниченные гзр
и гпрр, (рис.
10.5, •), по
сравнению
с
фильтрацией через
однородный пласт проводят по следующей
формуле:
Qs
2__1п(гк/
Гс)
Qo
Q0 (k0
/ ks )1п(гз.р /
Гс) + ln(rK
р) +
ln(r„.
(10.50)
Рис. 10.5. Схема притока пластовых
флюидов в скважину с концентрическими
зонами разной проницаемости:
а —
пласт с зоной растворения после СКО
проницаемостью ks, • — пласт с
зонами растворения ks и выпадения
продуктов реакции ^рр; в — пласт с
зонами растворения ks, первичной
проницаемости k0, выпадения продуктов
реакции k и необработанной зоной с
первичной проницаемостью k0
¦* |
|||
к0 |
|||
гз.р |
Гк |
||
1 |
*s |
^пр.р |
*0 |
Лр , |
|||
. Vp |
|||
ко |
^пр.р ^0 |
||
гвтс |
|||
Если необходимо
более точно определить DQK,
учитывая увеличение дебита только тех
пластов, которые подвергаются СКО, то дебит
после обработки рассчитываем по
формуле
Qs = As 8 отQф + (1 -8 отЮф,
(10.53)
где 8от —
относительная гидропроводность
обрабатываемых прослоек к полной
гидропроводности всех пластов в разрезе
скважины [задача 10.2, формула (10.13)].
В этом
случае дополнительная добыча
DQH =
(As — 1)8отQфГнрн(100 —
W0)/100. (10.54)
Для
оценки экономической эффективности СКО
рассчитываем разницу средств от реализации
нефти и затраты на проведение СКО по
следующей формуле, в которую подставляем
результаты расчетов по уравнениям (10.51) и
(10.52) либо по (10.53) и (10.54):
Эн = (Цн —
C^DQ, — гк.о, (10.55)
где
Эн — экономическая эффективность
обработки, руб.; Цн — цена 1 т нефти,
руб.; Сн — себестоимость 1 т нефти, руб.;
ZK^ — стоимость СКО, руб.
Пример 10.9.1
Пласт
песчаника обрабатывают 15 %-ным раствором HC1.
Начальные параметры породы и условия такие
же, как в примерах 10.4.1, 10.5.1 и 10.8.1.
Дополнительные данные: гс = 0,1 м;
rK = 200 м; T = 100 сут; рн = 0,84
т/м3; Qф = 86,6 м3/сут; W0 = 81,9 %;
Цн = 15 руб/т; Сн = 8 руб/т.
Рассмотрим варианты обработки объемами
СКР: Vks составляет 3; 6 и 9 м3;
ZK^ составляет 200; 300 и 400 руб. Влияние
продуктов реакции не учитываем, так как они
немедленно извлекаются из пласта.
Рассчитать технологическую и
экономическую
эффективность.
Решение
1.
Рассчитываем As1 по формуле (10.50),
например, для Vks = 3 м3 по
данным табл. 10.9 имеем гзр = 0,54 м.
Тогда
А,- 2s—Ы200/01)—112.
Q0
(0,044 / 0,074) 1n(0,54 / 0,1) +
1n(200/0,54)
Результаты расчетов сведем в
табл. 10.12.
Т а б л и ц а
10.12
Эффективность СКО с удалением
продуктов реакции
Объем СКР, м3 |
Радиус |
Ожидаемая кратность возрастания дебита |
Ожидаемый дебит после СКО, м3/сут |
Ожидаемая дополнительная |
Затраты на СКО, |
Оценка экономической |
3 |
0,54 |
1,100 |
95,3 |
132 |
2000 |
7200 |
6 |
0,76 |
1,121 |
97,0 |
158 |
3000 |
8100 |
9 |
0,92 |
1,134 |
98,2 |
176 |
4000 |
8300 |
2. Определяем ожидаемые дебиты
скважины после обработки ее СКР для
Vks = 3 м3 по уравнению
(10.51)
Qs1 — 1,102 — 86,6 — 95,3
м3/сут.
3. Дополнительную добычу
нефти рассчитываем по формуле (10.52)
для
Vks = 3 м3 СКР:
DQ^ =
(95,3 — 86,6)100 — 0,84 — (100 — 81,9)/100 = 132 т.
4.
Экономическую эффективность
обработки СКР определяем по формуле (10.55)
для Vks = 3 м3:
Эн = (150 —
80)132 — 2000 = 7200 руб.
Таким образом, с
увеличением объема СКР эффективность
возрастает неравномерно. Поэтому выбор
объема СКР зависит от потребности в нефти
или потребности получить наибольший
экономический эффект (9 или 6 м3).
Пример 10.9.2
Условия
расчета такие же, как в примере 10.9.1, но
продукты реакции остались в пласте.
Значение Щпрр = 0,7; ks = 0,031
мкм2, радиус фронта продуктов реакции
для объемов СКР Vks = 3; 6 и 9 м3
соответственно равен 1,4; 2,1 и
2,6 м.
Стоимость СКР соответственно составляет
2500; 3500 и 4500 руб.
Решение
1. Расчет As2
производим по формуле (10.49) для Vks =
3 м3 по данным табл. 10.9 и гзр =
0,54 м.
As2 — Q2 -_MWO!_- 1,039.
Q0
(0, 044/0, 074) 1n(0, 54/0,1) + 1n(0, 044/0, 031)1n(1, 40/0,
54) + 1n(200/1, 4)
Результаты расчетов сведены в
табл. 10.13.
2. Рассчитаем ожидаемые дебиты
скважины после обработки ее СКР для
Vks = 3 м3 по формуле
(10.51)
Qs2 = 1,032 — 86,6 = 90,0
м3/сут.
3. Дополнительную добычу
нефти рассчитаем по уравнению (10.52)
для
Vks = 3 м3 СКР:
DQ^ = (90 —
86,6)100 — 0,84 — (100 — 81,9)/100 = 52 т.
4. Экономическую
эффективность обработки СКР определяем по
(10.55) для объема Vks = 3 м3:
Т
а б л и ц а 10.13
Эффективность СКО с
оставленными в пласте продуктами
реакции
Объем СКР, м3 |
Радиус |
Ожидаемая кратность возрастания дебита |
Ожидаемый дебит после СКО, м3/сут |
Ожидаемая дополнительная |
Затраты на СКО, |
Оценка экономической |
3 |
0,54 |
1,039 |
90,0 |
52 |
2500 |
1140 |
6 |
0,76 |
1,058 |
91,6 |
76 |
3500 |
1820 |
9 |
0,92 |
1,067 |
92,4 |
88 |
4500 |
1660 |
Эн = (150 — 80)52 — 2500 = 1140
руб.
Таким образом, с увеличением объема
СКР более 6 м3 эффективность не
возрастает.
Пример
10.9.3
Сравнить эффективность
обработки со своевременным удалением
прореагировавшей кислоты до выпадения
продуктов реакции в пласт и эффективность
СКО с выпадением.
Решение
Для
сравнения используем расчеты, выполненные
в примерах 10.9.1 и
10.9.2, обозначив
обработки СКО1 и СКО2.
Сравнительные данные приведены в табл.
10.14.
Таким образом, продукты реакции,
оставленные в пласте, в 2 раза уменьшают
дополнительную добычу нефти и в 5 раз
снижают экономическую эффективность работ.
Поэтому оставлять продукты реакции в
пласте крайне нежелательно.
Задача 10.10
Определить
объемы продавливающей и вытесняющей
жидкости для кислотной обработки.
Продавливающая жидкость содействует
замене СКР в объемах НКТ и эксплуатационной
колонны в интервале перфорации.
Вытесняющая жидкость обусловливает
перемещение СКР в пласте за пределы зоны
растворения для полного использования
химической активности кислоты.
Методика
Обоснуем
необходимость применения вытесняющей
жидкости. Реакция СКР в пласте происходит
почти мгновенно (задачи 10.4 и 10.5), профиль
нейтрализации кислоты является
прямоугольным. Радиус зоны растворения
породы кислотой можно определить по рис. 10.3.
Как видим, на расстоянии меньшем, чем радиус
зоны растворения r < гзр, после
продавливания всего СКР из скважины в пласт
образуется зона, заполненная кислотой с
начальной концентрацией, так как все
растворимые в СКР компоненты уже удалены.
Это означает, что объем СКР, который
содержится в этой зоне, не используется и
выносится на поверхность либо в систему
накопления нефти. Также вполне возможно
образование в пласте и стволе
нефтекислотных эмуль-
Т а б л и ц а
10.14
Сравнительная эффективность
СКО
Объем СКР, м3 |
Ожидаемая дополнительная добыча, т |
Отношение дополни тельной добычи нефти СКО2/СКО, |
Ожидаемый экономический эффект, руб |
Отношение эффектов СКО,/СКО2 |
||
СКО! |
СКО2 |
СКО! |
СКО2 |
|||
3 |
132 |
52 |
0,39 |
7240 |
1140 |
0,16 |
6 |
158 |
76 |
0,48 |
8060 |
1820 |
0,23 |
9 |
176 |
88 |
0,50 |
8320 |
1660 |
0,20 |
сий
во время дренирования пласта с целью
очищения от продуктов реакции. Поэтому
необходимо вытеснить всю химически
активную кислоту за пределы растворения,
где она нейтрализуется. Для этого
необходимо после СКР закачать в пласт
дополнительный объем вытесняющей жидкости,
несколько больший объема зоны растворения,
который определяют по графику Vk = =
f(r) для r = гз Таким
образом,
VBTC = 1,2^.р 5, м.
(10.56)
Если учитывать с запасом,
то можно принять
VBTC = 0,3 Vks.
(10.57)
Когда НКТ для СКО спускают
к нижнему отверстию перфорации напротив
обрабатываемых кислотой пластов, то объем
(м3) продавливающей
жидкости
КрД = 0,785(dX.0 + D —
— Яво), (10.58)
где
d,, dm — внутренний и внешний
диаметры НКТ, м; DK — внутренний диаметр
эксплуатационной колонны, м; Нно и
Нво — глубина нижнего и верхнего
отверстий перфорации в скважине или
обрабатываемого интервала во время
поинтервальной обработки.
Пример
10.10.1
Рассчитать объем
продавливающей и вытесняющей жидкости для
следующих условий: интервал обработки
пласта Нно = 2823 м, Нво = 2733 м;
DK = = 0,124 м, dw = 0,073 м; d„ = 0,062 м.
Для Vks = 6 м3 объем
Vз.р s = 0,9 м3.
Решение
1. Рассчитаем объем
вытесняющей жидкости по формуле (10.56)
V^ =
1,2 • 0,9 = 1,1 м3.
Если значение V^
s неизвестно, по уравнению (10.57)
можно найти
VвтC = 0,3 • 6 = 1,8
м3.
2. Рассчитаем объем
продавливающей жидкости по формуле
(10.58)
V^ = 0,785((0,0622 • 2823) +
(0,1242 — 0,0732)(2823 — 2733)) = 9,42
м3.
Задача
10.11
Выбрать состав кислотного
раствора для обработки песчаного
коллектора, а также состав продавливающей и
вытесняющей жидкостей.
Методика
Известны:
карбонатность породы по содержанию
CaCO3; количество проведенных КО в
скважине Мко; температура пласта
Тпл; ожидаемое содержание железа
после нагнетания СКР в пласт Fe3+; тип
пластовой воды — хлор-кальциевая или другая
W^; содержание (%) асфальтенов в нефти
Nас, смол N0K и нафтеновых
кислот N^; проницаемость пласта k0,
мкм2. Кислотные растворы содержат:
активную составляющую (соляную, плавиковую
кислоту и др.) и добавки (ингибиторы
коррозии, стабилизаторы, удерживающие в
растворе соединения железа; ПАВ,
содействующие вынесению продуктов
реакции).
Выбор активных составляющих
кислотного раствора. Для солянокислотной
обработки низкопроницаемых коллекторов
(k0 < 0,1, мкм2) обычно
применяют солянокислотные растворы с 10-15
%-ным содержанием HCl, а для глинокислотной —
смесь кислот — глинокислотный раствор xHCl +
^HF, где x = 10+15 % и у = 1+3 % (табл. 10.15).
Ограничение концентрации одновременно
облегчает вынесение продуктов реакции и не
допускает разрушения кремнистого скелета
песчаника.
Если у = 0, то применяют
только СКО раствором 10-15 %-ной HCl, а если у
> 0, то — ГКО, во время которой обычно
нагнетают в пласт СКР, а затем ГКР при
концентрации у = 3 %. Например,
концентрацию у = 4+5 % применяют редко, в
случае возрастания проницаемости
песчаника и сохранения его прочности по
данным лабораторных
экспериментов.
Отношение СКР и ГКР
определяют с учетом состава породы,
загрязнения пласта во время глушения
скважин и объема кислотных растворов при
предыдущих обработках. Соотношение
изменяется от 1 : 3 до 3 : 1, чаще всего 1 : 1.
Названия кислотных растворов приведены в
табл. 10.16.
Ингибиторы, стабилизаторы и
ПАВ, применяемые для КР, имеют
температурные ограничения и др.
Выбор
ингибиторов для КР. Ингибиторы уменьшают
коррозийную активность кислотного
раствора. С возрастанием температуры они
резко снижают защитную функцию. В табл. 10.17
приведены рекомендации по использованию
некоторых ингибиторов.
Выбор
стабилизаторов для КР. Стабилизатор
добавляют к кислотному раствору, чтобы
избежать выпадения осадка гидроокиси
железа вследствие образования его
комплексных соединений. В табл. 10.18
приведены рекомендации по использованию
наиболее применяемых стабилизаторов.
Т
а б л и ц а 10.15
Выбор типа и состава
кислотного раствора
Карбонатность породы |
Число проведенных КО |
|||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
>5 |
|
с < 3 |
1 |
2 |
2 |
3 |
3 |
3 |
3 < С < 5 |
0 |
0 |
1 |
2 |
3 |
3 |
с > 5 |
0 |
0 |
0 |
1 |
2 |
3 |
Т а б л и ц а
10.16
Применение кислотных
растворов
Кислотный раствор |
Условия |
Ингибированный Ингибированный и |
Мас < 2 И < 6; k0 > 0,1 < 2 Мас > 2 или |
Т а б л и ц а 10.17 Ингибиторы для
КР
Ингибитор |
Рекомендуемая концентрация при |
|||
<60 °С |
60-90 °С |
90-110 °С |
110-130 °С |
|
Катапин Катапин + уротропин (1 : 1) Б2 И-2-А И-2-А + уротропин (1 : 2) |
0,2 0,2 + 0,2 0,2 0,2 0,2 + 0,4 |
0,3 0,3 + 0,3 0,3 + 0,6 |
0,4 0,4 + 0,4 0,4 0,4 + |
0,5 0,5 + 0,5 0,4 + 0,9 |
Т а б л и ц а 10.18 Стабилизаторы для
КР
Стабилизатор |
Пластовая |
Содержание |
Концентрация стабилизатора, % |
Уксусная кислота |
< |
< 0,1 |
1,0 |
< 0,2 |
1,5 |
||
< 0,5 |
3,0 |
||
Лимонная |
< 90 |
< |
0,5 |
< 0,5 |
1,0 |
||
Сульфат натрия |
< 110 |
< 0,3 |
0,08 |
Уксусная + лимонная кис |
< |
< 0,2 |
2,0 + 0,4 |
лота |
|||
КРАСТ |
< |
< 0,3 |
0,07 |
Т а б л и ц а 10.19
Условия выбора
ПАВ (по данным ВНИКРнефти)
Рекомендуемые ПАВ |
Характеристики |
Пластовая температура, |
|
пластовой воды |
нефти |
||
Не применяются ОП-10, превоцел, W-ON, ОП-10, превоцел, W-ON, ОП-7, ОЖК Сапаль, ОП-10, Примечание. *W, воды; |
1 > 2 > 2 2 2 д = |
Мас — 1 ^нф > 0,3 % Мас > 1 % Мас > 1 % Любые риевые воды; W |
> 80 > 80 — 80 > — 80 — хлоркальциевые |
Выбор поверхностно-активных
веществ для КП. Поверхностноактивные
вещества улучшают фильтрацию КР,
предотвращают блокировку пор продуктами
реакции, облегчают их извлечение из
призабойной зоны. Рекомендации по подбору
ПАВ (в порядке уменьшения их активности) для
буферных и продавливающих жидкостей, а
также кислотных растворов приведены в табл.
10.19.
Табл. 10.15-10.19 даны для облегчения
выбора КР в связи с условиями обработки и
характеристиками реагентов. Выбирать КР
всегда следует с учетом условий обработки и
ограничений применения реагентов, которые
описаны в их
документации.
Продавливающая и
вытесняющая жидкости — это, как правило,
водные растворы ПАВ. Основой раствора может
быть пластовая или пресная техническая
вода, а также отходы промышленности,
которые не ухудшают проницаемости пласта.
Обычно добавляют 0,3-0,5 % ПАВ в зависимости от
концентрации активного вещества. Для КО
нефтяных скважин преимущественно
используют катионоактивные и неионогенные
ПАВ (см. табл. 10.19).
Пример
10.11.1
Выбрать состав кислотного
раствора вытесняющей и продавливающей
жидкости для обработки эоценового
песчаника при таких условиях: Ск = 4
%,
МСКо = 2; Тпл = 85 °С; Fe3+ = 0,25 %;
WBa = 2; МаС = 0,8 %; Мсм = 10 %;
Мпр = = 0,2 %; k0 = 0,05
мкм2.
Решение
Выбираем тип и
состав активной части кислотного раствора,
пользуясь рекомендациями табл. 10.15. В
скважине необходимо провести ГКО, применяя
последовательную обработку СКР — 10 % HC1 и ГКР
— 10 % HC1 + 1 % HF. Принимаем соотношение между
объемами СКР и ГКР 1 : 2, поскольку в скважине
уже дважды проводили СКО.
2. Другие КР
выбираем по табл. 10.16. Для конкретных
условий, согласно таблице, применяем
ингибированный и стабилизированный
раствор улучшенной фильтруемости.
3. По
рекомендациям табл. 10.17 как ингибитор
выбираем 0,3 % катапи-на КИ-1, а по табл. 10.18 как
стабилизатор — 0,5 % лимонной кислоты. ПАВ
выбираем согласно табл. 10.19 — превоцел 0,3
%.
4. Состав продавливающей и вытесняющей
жидкостей выбирают по табл. 10.19. В данном
случае — это техническая вода с добавкой 0,5 %
прево-цела в вытесняющей жидкости и 0,3 % — в
продавливающей.
Таким образом, для
обработки скважины применяем ГКО, нагнетая
в пласт СКР и ГКР в соотношении 1 : 2.
Рецептура СКР — 10 % HC1 + 0,3 % КИ-1 + 0,5 % лимонной
кислоты + 0,3 % превоцела. Рецептура ГКР (объем
которого вдвое больше, чем СКР) такая же, как
СКР и, кроме того, добавлено 1,0 % HF.
Задача 10.12
Рассчитать
длительность реакции глинокислотного
раствора (ГКР) в порах песчаного
карбонизированного коллектора.
Методика
ГКО
проектируют как последовательную
обработку пласта солянокислотным
раствором, а затем —
глинокислотным.
Реакция ГКР с породой,
как и реакция СКР, является гетерогенной
реакцией первого порядка, лимитируется
диффузорной стадией и описывается
уравнением
где
dcp = 0,57(ks /
ms)0,510-4;
(10.60)
C0 и C —
соответственно начальная и текущая
концентрация кислоты (молярная или в
массовых процентах); в — коэффициент
массопередачи, м/с; т — время фильтрации
сквозь породу, с; d^ — средний диаметр пор
в пористой среде, м; ks —
проницаемость пласта перед обработкой ГКР,
мкм2; ms — пористость перед
обработкой ГКР (после СКР), %.
С
достаточной для практики точностью
считаем, что степень нейтрализации ГКР
приближается к уровню C = 0,1 C0.
Прологарифмировав уравнение (10.59) и
учитывая, что ln(C0/C) = 2,3, находим
длительность нейтрализации для заданных
условий
т = 0,575dср/в9—
(10.61)
Чтобы определить
коэффициент массопередачи, используем
эмпирическую зависимость для ГКР:
вд
= 9,8 • 10-4Re1,05Dmg/d^,
(10.62)
где
Re =
(мс^ср)/у);
(10.63)
Dmg — коэффициент
молекулярной диффузии, постоянный для
определенного состава глинокислоты и
температуры, м2/с; иср —
средняя линейная скорость движения ГКР, м/с;
v — кинематическая вязкость кислоты,
м2/с.
Для расчета вд
сначала необходимо определить
Dmf =
(Dof • 0,0178 • 10-4 /273)((273 +
Гпл)/v), (10.64)
где
D0f — коэффициент диффузии для HF при
0 °С.
Значение D0f — находим по
табл. 10.20 для заданной концентрации HF, а
значение вязкости воды v — по табл.
10.5.
Вычислив Dmf по формуле (10.64)
и Dms по уравнению (10.26), находим
коэффициент диффузии для смеси
кислот
Dmg = (Dms + Dmf)/2.
(10.65)
Длительность реакции
рассчитываем по (10.61).
Линейная скорость
фильтрации ГКР в поровом пространстве
наиболее высокая на стенках скважины
(обычно гс = 0,1 м) и уменьшается с
увеличением радиуса проникновения кислоты
г. Сложнее определить суммарную площадь
отверстий на цилиндрических
фильтрационных поверхностях ра-
Т а б л и
ц а 10.20
Коэффициент диффузии для HF при 0
°С
Концентрация HF |
Коэффициент диффузии Dof 10-8, |
|
Массовая |
молярная |
|
1 |
0,50 |
0,120 |
2 |
1,00 |
0,125 |
3 |
1,50 |
0,130 |
4 |
2,00 |
0,136 |
5 |
2,50 |
0,141 |
6 |
3,00 |
0,147 |
диусом r.
Для этого учитывают неравномерность
проникновения ГКР в разрез и вокруг
скважины (в вертикальной и горизонтальной
плоскостях), а также микронеоднородность
порового пространства по распределению
поровых каналов и участие их в фильтрации.
Таким образом, площадь фильтрации на
расстоянии r от скважины можно записать
следующим образом:
F = 2nr(ms/100)
кэфкЕОкг.0ку.фкЕ.
(10.66)
Среднюю линейную скорость
движения СКР определяем по
формуле
иср = (g/86400)/ F,
(10.67)
где q — объемный расход
ГКР, м3/сут; F — площадь
фильтрационных отверстий, м2;
иср — средняя линейная скорость
фильтрации, м/с; r — радиус
распространения ГКР от оси скважины, м, r
> гс; ms — пористость
после СКР, %; кэф — эффективная
перфорированная толщина пласта, м;
кво — коэффициент степени охвата
пласта по вертикали (по данным промышленных
исследований); кго — коэффициент
степени охвата пласта ГКР по горизонтали;
ку.ф — коэффициент, учитывающий
участие пор в фильтрации ГКР (по данным
лабораторных исследований); к, —
коэффициент вытеснения пластовой жидкости
водным кислотным раствором (по данным
лабораторных исследований).
Неравномерность охвата породы обработкой
ГКР в горизонтальной плоскости учитывает
зависимость (10.29).
Пример
10.12.1
Проектируется глинокислотная
обработка вначале СКР 15 % HCl, а затем ГКР 15 % HCl
+ 3 % HF. Рассчитать длительность реакции в
поровом пространстве. Условия обработки:
ms — 16,8 %; ks — 0,074 мкм2,
остальное — как в примере к задаче
10.4.
Решение
Определяем вначале
суммарную площадь поровых отверстий на
расстоянии r от оси скважины, через
которые фильтруется по пласту кислотный
раствор по формуле (10.66):
F = 2 •
3,14r(16,8/100)78,3 • 0,35exp(-0,1r)0,28 • 0,5 = 4,05r
exp(-0,1r).
Здесь и далее решение записано
как функция r. Результаты расчета сведены в
табл. 10.21.
2. Найдем среднюю скорость (м/с)
фильтрации кислотного раствора на
расстоянии r по формуле
(10.67):
иср = (260/86400)/F = 0,003/F.
Т а б л и
ц а 10.21
Расчет процесса глинокислотной
обработки
Параметры |
Расстояние |
||||||
0,1 |
0,3 |
0,5 |
1,0 |
2,0 |
3,0 |
4,0 |
|
Суммарная Число |
0,4 7 801 24,2 10 |
1,2 2,5 286 8,2 30 |
1,9 1,6 183 5,1 47 |
3,7 0,82 94 2,4 98 |
6,6 0,45 51 1,3 180 |
9,0 0,33 38 0,9 253 |
10,8 0,28 32 0,8 298 |
3. Число Рейнольдса определяем по
уравнению (10.63). Вначале по формуле (10.60)
рассчитаем диаметр поровых
каналов
ёср =
0,57(0,074/16,8)0,510-4 = 3,8 — 10-6
м.
Полагаем, что кинематическая вязкость
ГКР равна вязкости воды с пластовой
температурой Тпл = 85 °С.
v = 0,33 —
10-6 м2/с.
Тогда число
Рейнольдса
Re = мср3,8 — 10-6/0,33 —
10-6 = 11,5мср.
4. Рассчитаем
коэффициент массопередачи для реакции в
поровом пространстве по формуле (10.62).
Вначале определим значение коэффициента
диффузии 3 % HF для температуры пласта по
уравнению (10.64):
Dmf = (0,13 —
10-8 — 0,0178 — 10-4/273)[(273 + 85)/0,0033 —
104)] =
= 0,92 — 10-8
м2/с.
Коэффициент диффузии для ГКР
вычисляем по формуле (10.65)
Dms =
(1,5 + 0,92)10-8/2 = 1,21 — 10-8
м2/с.
Подставив значения
коэффициента диффузии в (10.62), получим
в =
9,8 — 10-4Re1,061,21 — 10-8/3,8 —
10-6 = 3,12 — 10-6Re1‘06
м/с.
5. Определим длительность реакции (с)
в пласте по уравнению (10.61), подставив в него
рассчитанный ранее диаметр поровых каналов
йср:
т = 0,575 — 3,2 -10-6/ в = 184
-10-8 / в.
Результаты расчетов
свидетельствуют о том, что скорость реакции
ГКР в пласте меньше, чем СКР, но все это
измеряется секундами. Поскольку нагнетание
в пласт ГКР длится обычно 0,5-3 ч, выдерживать
глинокислоту на реагирование не нужно, так
как она теряет почти всю химическую
активность во время поступления в пласт.
Например, на расстоянии 1 м от оси скважины
она теряет 90 % кислотности за 98 с. Реакция
преимущественно закончится еще во время
фильтрации в порах коллектора. Таким
образом, выдерживать глинокислоту в пласте
на реагирование не следует, а учитывая
выпадение в порах осадка продуктов реакции,
даже вредно.
Задача
10.13
Рассчитать параметры зоны
растворения в ГКР. Определить глубину
проникновения глинокислотного раствора в
поровое пространство, количество
растворенной породы и радиус зоны
растворения на основании лабораторных
исследований, изменение пористости пород
после их обработки ГКР (х % HC1 + y % HF)
нагнетается в пласт после СКР (х % HC1 ).
Методика
Кислотный
раствор проникает в поровое пространство
неравномерно. Поэтому, как и в задаче 10.12,
учтено влияние макронеоднородности породы
(коэффициентами Щ,о и
Щго) и микронеоднородности
(коэффициентом kY^).
На основании
этого можно рассчитать объем Vkg
занимаемый глинокислотным раствором на
расстоянии r от оси
скважины.
Vkg =
2лhэфkв.оkу.фkв(ms/100)(exp(-0,1rc)(0,1rc
+ 1) —
— exp(-0,1r)(0,1r + 1))100.
(10.68)
Если выражение в скобках
обозначить как A(r), то формула (10.68) будет
иметь вид
Vkg =
2пhэфkвоkу.фkвmsA(r).
(10.69)
Расчет обычно производят
в пределах гс < r < 10 м, где
гс = 0,1 м. Шаг изменения радиуса
следующий: 0,1 м в пределах до r = 1 м; 0,2 — в
пределах до r = 2 м и 0,5 м в пределах до
r = 10 м.
По приведенной выше формуле
определяем, на какое расстояние от оси
скважины по радиусу проникает некоторый
объем КР, и строим график Vkg = f(r)
(рис. 10.6). Далее рассчитываем длительность
нагнетания заданного объема кислотного
раствора в пласт
tv =
1440Vk4/qK, (10.70)
где
tv — длительность закачивания ГКР,
мин; qK — расход ГКР,
м3/сут.
Порода растворяется в
количестве растворенной породы Gg
только в интервале проникновения ГКР с
условным радиусом r. Это значит, что
возрастает объем той части порового
пространства, которая пребывает в контакте
с ГКР и является зоной реакции кислоты с
породой.
Количество растворенной породы
легко рассчитать, если известен
коэффициент возрастания пористости
kmg. Для расчета kmg
используем результаты лабораторных
экспериментов. Проводят фильтрацию 60-100
объемов ГКР в избытке количества,
необходимого для значительного удаления
цемента из образца породы (приблизительно
на 80 %), и определяют увеличение пористости
Amg. Отсюда
kmg = (m0 +
Ams + Amg) / (m0 + Amg) =
(ms + Amg) / ms.
(10.71)
Количество растворенной
породы в зоне r проникновения
Vkg объема глинокислоты
Ge =
рск Vkg( kmg — 1). (10.72)
Здесь
рск = 2650 кг/м3 — плотность скелета
породы, растворяющейся в СКР. Остальные
данные известны. Для слабокарбонатных
песчаных пород Предкарпатья kmg =
1,1+1,3.
Таким образом, используя
зависимость Vkg = f(r), можно
построить зависимость Gg =
f(r).
Определяем размеры зоны растворения
ГКР. Известно, что реакция ГКР в пласте
происходит почти мгновенно (задача 10.12) — за
десятки секунд, поэтому профиль
нейтрализации ГКР в пласте — прямоугольный,
а радиус фронта зоны растворения — условный.
Для его определения необходимо найти
максимальное количество породы, которая
может стать растворенной в заданном объеме
кислотного раствора заданной
концентрации:
Gmg =
VkgDCgRmg,
(10.73)
где
Gmg — максимальная растворимость в
кислотном растворе, кг; DCg — потеря
кислотной смеси (xHCl + ^HF) %, мг-экв/м3;
Rmg — средняя растворимость породы
на единицу потери кислотности,
кг/мгэкв.
Гг
0,6 0,76 1
2 3 г,
м
1
0,86
Рис. 10.6. Развитие зоны растворения
пласта во время ГКО и профиль нейтрализации
кислоты (типичная картина):
Gms,
Gmg Gss — масса растворенной
породы соответственно в 6 м3 СКР, 8
м3 ГКР и остатке соляной кислоты после
нейтрализации связанных кислот (HF с HCl), т;
Vks и Vkg — объемы СКР и ГКР,
м3; r — радиус от оси скважины, м;
гзр s и гзр g — условные
радиусы зоны растворения в солянокислотной
и глинокислотной составных ГКР, м; С/С0
— отношение текущей концентр а-ции к
начальной
После расчета Gmg для
заданных Vkg радиус зоны
растворения гз.р определяем
графическим либо приближенным методом.
Откладываем на оси Ggзначение
Gmg и, пользуясь кривой Gg =
f(r), находим на абсциссе r искомый радиус
зоны растворения (см. рис. 10.6).
Для
условий обработки песчаных пород
Предкарпатья
Rmg = (15*22)10-6
кг/мг^экв.
Потерю кислотности определяют
с учетом того, что 1 % HF связывается с 3,6 % HCl и
расходуется на разложение алюмосиликатов.
Поэтому отдельно рассчитываем
использование связанных кислот, отдельно —
соляной кислоты:
DCg = 3,6y(Cms +
Cmf)/x (10.74)
(Cms — находим
по табл. 10.4, а Cmf — по табл.
10.20).
Подставив формулу (10.74) в (10.73),
получаем
Gmg = 3,6Vkg(Cms + Cmf)Rmgy/x.
(10.75)
Наиболее часто радиус
растворения гзр в ГКР изменяется в
пределах
0,3-1,0 м.
Остальные ГКР — это
соляная кислота, которую расходуют из
дополни-
тельного растворения
карбонатов за пределами зоны растворения
СКР. Потеря кислотности этой части
ГКР
DCgs = (х — 3,6y — 0,1x)(Cms +
Cmf)/x. (10.76)
С учетом
этого дополнительное количество породы,
растворенной остатками солянокислотной
составляющей ГКР, запишем в
виде
Ggs =
VkgRmsDCgs,
(10.77)
или
Ggs =
VkgRms(x — 3, 6y — 0, 1х)(Cms + Cmf)/x.
(10.78)
Таким образом, фронт зоны
растворения в СКР продвинется в глубь
пласта и будет отвечать ординате кривой
Gs:
Gss = Gs + Ggs.
(10.79)
Далее обобщаем результаты
расчетов обработки пласта СКР и ГКР (задачи
10.5 и 10.13) и выбираем их объемы для ГКО. При
этом помним, что радиус зоны растворения в
СКР (без учета Ggs) должен быть
больше радиуса зоны растворения в
ГКР.
Методика построения графиков
действия кислоты в пласте и определения
гзр и гпрр описана в примере
10.13.1.
Пример
10.13.1
Пласт карбонизированного
песчаника обработан раствором 15 %-ной HC1.
После раствора HC1 нагнетают ГКР — 15 % HC1 + 3 % HF.
Другие условия задачи те же, что и в
примерах к задачам 10.4 и 10.12. Кроме того, по
данным лабораторных исследований Ск =
3,1 %; kmg = 1,22; рск = 2700
кг/м3; Cmf = 1,5 — 106
мг-экв/м3; Rmg = 16 — 106
кг/мг-экв.
Решение
1. Определяем
вначале по формуле (10.69) возрастающий объем
ГКР по мере его поступления в пласт как
функцию условного радиуса:
Vks =
2 — 3,14 -16,8 — 78,3 — 0,35 — 0,28 — 0,5A(r) =
405A(r).
Здесь и далее результаты
расчетов сведены в табл. 10.22.
2.
Длительность нагнетания ГКР на
заданную глубину пласта (по радиусу)
рассчитываем по формуле (10.70); расход
кислотного раствора q = = 260 м3/сут,
или q = 0,18 м3/мин:
tv =
Vkg/0,18.
Т а б л и ц а 10.22
Растворение
породы пласта по глубине проникновения
ГКР
Параметры |
Радиус зоны растворения, |
м |
|||||||
0,1 |
0,3 |
0,5 |
0,7 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
3,0 |
4,0 |
|
Объем ГКР Vkg, |
— |
0,18 |
0,47 |
0,93 |
1,88 |
4,12 |
7,08 |
14,9 |
24,8 |
Длительность нагнетания ГКР |
— |
— |
— |
— |
10,5 |
22,8 |
38,8 |
82,8 |
138,8 |
в пласт tv, мин |
|||||||||
Масса Gg, |
107 |
279 |
552 |
1117 |
2447 |
Не |
рассчитана |
3.
Количество породы, которая может
раствориться в зоне r проникновения ГКР,
определим при условии, что известны
значения kmg = 1,22 и рск = = 2700
кг/м3.
С учетом этого запишем
формулу (10.72) в виде
Gg = 2700(1,22 — 1) Vkg =
594Vkg.
4. Рассмотрим варианты
нагнетания в пласт от 3 до 18 м3 ГКР — 15 %
HC1 + 3 % HF и определим максимальную
растворимость породы после нейтрализации
СКР на 90 % по формуле (10.75). Для 15 %-ной HC1 по
табл. 10.4 находим Cms = 4,46 • 106
мгэкв/м3, а для 3 %-ной HF по табл. 10.20
выбираем Cmf = 1,5 • 106
мгэкв/м3. Подставив известные
значения в уравнение (10.74),
находим
DCg = 3,6 • 3(4,46 + 1,5)/15 = 4,29 •
106 мгэкв/м3.
По формуле (10.73)
определяем максимальную растворимость в
кислотном растворе
Gmg = 4,29 • 106
• 16 • 10-6Vkg = 68,6Vkg.
Результаты
расчетов сводим в табл. 10.23.
5. Построим по
данным табл. 10.22 графики Vrg = f(r).
Отложим на кривой Gg каждое
найденное значение Gmg и, опустив
из этой точки перпендикуляр на ось ординат,
получим соответствующий радиус зоны
растворения (см. рис. 10.6).
6.
Найдем окончательную потерю
кислотности ГКР по формуле (10.76) DCgs
= (15 — 3,6 • 3 — 0,1 • 15)(4,46 + 1,5)106/15 = 1,07 •
106 мгэкв/м3.
7. Дополнительное
количество растворенной породы остатками
солянокислотной составляющей ГКР
определяем по формуле (10.77):
Ggs = 6 •
20 • 10-6 • 1,07 • 106 = 128 кг.
8.
Фронт зоны растворения в СКР продвинется в
глубь пласта и согласно формуле (10.79) будет
отвечать следующей ординате кривой
Gs:
Gss = 480 + 128 = 608
кг.
Соответственно радиус фронта зоны
растворения в СКР увеличится от
0,76 до 0,86,
или на 15,8 %. Поскольку такой прирост радиуса
обработки на расстоянии от оси скважины
мало повлияет на дебит, для приблизительных
расчетов им можно пренебречь.
9.
Зная глубину обработки пласта
кислотой и пользуясь полученными
результатами, можно построить профиль
нейтрализации кислоты в пласте
Т а б л и
ц а 10.23
Объемы ГКР и глубина обработки
пласта
Объем глинокислотного раствора, |
Максимальная |
Радиус, м |
|
Гзр |
Гпрр |
||
3 |
206 |
0,40 |
1,4 |
6 |
412 |
0,60 |
2,0 |
9 |
618 |
0,76 |
2,5 |
12 |
824 |
0,86 |
Не определен |
15 |
1030 |
0,98 |
То же |
18 |
1235 |
1,05 |
“ |
Т а б л и ц а 10.24
Объемы СКР и
ГКР и характеристики зон
растворения
Объемы СКР + ГКР, м3 |
Максимальная растворимость пород, кг |
Радиус зоны растворения, м |
Объем зоны растворения, м3 |
3.00 + 3,00 6.00 12,00 + 12,00 15,00 + 15,00 |
240,84 + 205,98 481,68 + 411,96 722,52 + 617,93 963,36 + |
0,53 + 0,43 0,75 + 0,61 0,93 |
0,44 + 0,34 0,89 + 0,69 |
(см. рис.
10.6) в координатах C/C0 = f(r), где C и
C0 — текущая и начальная концентрации
ГКР.
10. Выбираем возможные
варианты пар объемов СКР и ГКР, учитывая,
что зона растворения СКР была больше зоны
действия ГКР (табл. 10.24).
11. Объемы зоны
растворения находим по графикам (см. рис.
10.6).
Задача
10.14
Рассчитать количество
растворенной породы в глинокислотном
растворе. Методика
Методику
применяют, если отсутствуют данные
исследований, касающиеся увеличения
пористости образцов породы после обработки
ГКР. Результаты расчетов используют также
для сравнения с данными лабораторных
экспериментов. Для решения задачи
необходимо знать содержание карбонатов и
глин в породе.
Из лабораторных
экспериментов исследования растворимости
песчано-алевролитовых пород Предкарпатья в
ГКР, которые уже обработаны СКР, известно,
что во время обработки ГКР в пластовых
условиях из породы удаляется около 60 %
алюмосиликатов и 30 % карбонатов.
Растворение SiO2 начинается тогда,
когда окиси типа RO и R2O3 уже
извлечены. С учетом приведенных данных
запишем формулу растворимости породы в
излишке ГКР в виде
DGg = 0,60, +
0,3CK, (10.80)
где DGg —
растворимость породы в ГКР, % (по массе);
Cгл — содержание глин в породе, %;
CK — содержание карбонатов СаСО3
и MgCO3 в породе, %. Количество
растворенной породы (кг) определяем по
формуле
Gg =
PпVkgDGg/ms,
(10.81)
где рп =
2200+2300 — средняя плотность пористой породы,
кг/м3; ms — пористость перед
обработкой ГКР, %.
Пример
10.14.1
Проводят ГКО скважины. Вначале
эоценовый пласт обрабатывают СКР, а затем —
ГКР. Рассчитать количество растворенной
породы в ГКР, если C^ = = 6,6 % и Ск = 3,2 %,
плотность породы рп = 2300 кг/м3,
пористость ms = = 16,8
%.
Решение
1. Для определения
количества растворенной породы рассчитаем
растворимость в ГКР по формуле
(10.80)
DGg = 0,6 • 6,6 + 0,3 • 3,2 = 4,92
%.
2. Количество растворенной породы (кг) в
зоне реагирования кислоты определяется как
функция объема Vkg по формуле
(10.81)
Gg = 2300Vkg4,92/16,8 = 674Vkg.
Далее
строим зависимость Gg = f(r),
поскольку Vkg = f(r), и решаем задачу о
радиусе зон обработки ГКР.
Задача 10.15
Рассчитать
ожидаемое изменение пористости песчаного
коллектора после обработки его
глинокислотным раствором. Известно
количество карбонатов и глин в породе.
Методика
Методику
применяют в случае отсутствия прямых
лабораторных исследований определения
kmg (см. задачу 10.13) при наличии
данных, указанных в задаче 1 0.1
4.
Рассчитаем количество растворенной
породы в массовом выражении по формуле (10.80).
Зная DGg, определяем растворимость
в DVg, (%, объемная доля), которая
отвечает увеличению пористости
породы:
DVg = pnDGg/pCK.
(10.82)
Определяем пористость
породы (%)
после обработки
ГКР по следую
щей
формуле:
mg = ms +
DVg. (10.83)
Коэффициент
возрастания пористости
после обработки ГКР
по срав
нению с пористостью
после обработки СКР
kmg = mgms.
(10.84)
По уравнению (10.72) находим
Ge.
Коэффициент возрастания
пористости после ГКО по сравнению с
начальной пористостью
kmsg
kmskmg.
(10.85)
Пример 10.15.1
Задано
содержания глин и карбонатов в породе, как в
задаче 10.14. Плотность скелета породы
рск = 2700 кг/м3, плотность породы
рп = 2300 кг/м3 и пористость перед
обработкой m0 = 14 %, ms = 16,8 %,
kms = 1,2.
Решение
1.
Согласно данным примера к задаче 10.14
расчетное значение DGg = = 4,92 %.
2.
По формуле (10.82)
3. Пористость
породы после обработки определим по
уравнению (10.83):
mg = 16,8 + 4,19 = 21
%.
4. Кратность увеличения пористости
после обработки ГКР рассчитаем по
уравнению (10.84):
kmg = 21/16,8 = 1,25.
5.
Коэффициент возрастания пористости по
сравнению с начальной определяем по
формуле (10.85)
knsg = 1,2 • 1,25 = 1,5.
Задача 10.16
Рассчитать
технологическую и экономическую
эффективность проведения глинокислотной
обработки.
Методика
Степень
увеличения дебита после ГКО рассчитаем,
применив решение задачи о притоке жидкости
в скважину с однородным и неоднородным
пластом. Расчетная схема понятна из рис. 10.6.
Для расчета необходимо знать значение
проницаемости пласта до обработки и после
нее, радиусы зоны растворения СКР и ГКР.
Продукты реакции извлечены путем
дренирования пласта.
Расчет для условий
фильтрации через две зоны растворения
гзр и гзр g производят по
формуле
Ag = ^-,
(10.86)
Q0 (k0
/ kg )1п(гз.р g / rc
)(k0 / kg )1п(Гз.р s /
гз.р g ) + 1n(rK /
гз.р s )
где Qg и Q0
— дебит после обработки ГКР и однородного
пласта, м3/сут; k0, ks,
kg — проницаемость пласта до
обработки, в зонах растворения СКР и ГКР
соответственно, мкм2; гз.р
s, гз.р. g — радиусы
скважины, зон растворения СКР, ГКР и контура
питания соответственно, м.
Приняв
фактический дебит перед обработкой Qф
эквивалентным дебиту однородного пласта
Q0, т.е. Qф = Q0, дебит скважины
после обработки определим следующим
образом:
Qg = Ag Qф.
(10.87)
Дополнительная добыча
нефти
DQш = (Qg — Qф)TшPш(100 — Ю/100,
(10.88)
где DQш =
дополнительная добыча нефти после ГКО, т;
Тн — продолжительность работы
скважины с повышенным дебитом, сут; рн
— плотность нефти, кг/м3; W0 —
обводненность нефти, %.
Если необходимо
более точно определить DQш — учитывая
увеличение дебита лишь тех пластов, которые
подвергаются ГКО, то дебит после обработки
рассчитывают по формуле
Qg = Ag8отQф + (1 —
?отЮф, (10.89)
где ?от —
относительная гидропроводность
обрабатываемых прослоек к полной
гидропроводности всех пластов в разрезе
скважины [задача 10.2, формула (10.13)].
В этом
случае дополнительная
добыча
DQS = (Ag —
1)?отдфГнрн(100 — Ю/100.
(10.90)
Для оценки экономической
эффективности ГКО рассчитаем разницу
средств от реализации нефти и затрат на
проведение ГКО по формуле (10.91), в которую
подставляем результаты расчетов по
уравнениям (10.87) и (10.88) либо (10.89) и
(10.90).
Экономическую эффективность
обработки оцениваем по
уравнению
Эн = (Цн — cH)DQH
— zm, (10.91)
где Эн —
экономическая эффективность обработки,
руб.; Цн — цена одной тонны нефти, руб.; C
— себестоимость одной тонны нефти, руб.;
ZK<3 — стоимость ГКО, руб.
Пример 10.16.1
Пласт
песчаника обрабатывают раствором 15 % HCl + 3 %
HF. Начальные параметры породы и условия
обработки те же, что и в задачах 10.14 и 10.15.
Дополнительные данные: гс = 0,1 м;
rK = 200 м; Тн = 100 сут; рн =
0,84 т/м3; Qф = 86,6 м3/сут; W0 =
81,9 %; Цн = 150 руб/т; C = 80 руб/т; k = = 0,044 мкм2;
ks = 0,074 мкм2; kg = 0,169
мкм2.
Рассмотрим варианты
обработки объемами СКР и ГКР: сумма
Vks + Vkg составляет 3 + 3, 6 + 6
и 9 + 9 м3; ZK<) — 3000, 4000 и 5000
руб.
Влияние продуктов реакции не
учитывается, так как они немедленно
удаляются из пласта. Определить
технологическую и экономическую
эффективность обработки заданными
объемами СКР + ГКР и принять решение о
выборе рационального объема кислотных
растворов.
Решение
1. Степень
увеличения дебита после ГКО (Ag)
рассчитываем по формуле
(10.86), например, для объемов 3 + 3
м3 по данным табл.
10.9 имеем
r3ps =
= 0,54 м, а
по данным табл. 10.23 — гз р
g = 0,43 м:
A =
=_ln(200 / 0,1)_= 1
18
g Q0
(0, 044 / 0,169) ln(0, 43 / 0,1)(0, 044 / 0, 074) ln(0, 54 /
0, 43) + ln(200 / 0, 54)
Результаты расчетов
сведены в табл. 10.25.
Т а б л и ц а
10.25
Результаты расчета
технологической и экономической
целесообразности проведения ГКО
Объем СКР + + ГКР, |
Радиус зоны |
Ожидаемая кратность возрастания дебита |
Ожидаемый дебит после КО, |
Ожидаемая |
Зат!аты на КО, руб. |
Оценка |
3 + |
0,54 + 0,43 |
1,180 |
102,2 |
236,7 |
3000 |
13 660 |
6 + 6 |
0,76 + 0,61 |
1,218 |
105,5 |
286,3 |
4000 |
16 000 |
9 + 9 |
0,92 + 0,74 |
1,246 |
107,9 |
324,0 |
5000 |
18 |
2. Рассчитаем ожидаемые
дебиты скважины после обработки ее ГКР для 3
м3 по формуле (1 0.87)
Qg = 1,18
• 86,6 = 102,2 м3/сут.
3. Дополнительную
добычу нефти рассчитаем по уравнению (10.88)
для 3 м3 ГКР:
DQg = (102,2 — 86,6)100
• 0,84(100 — 81,9)/100 = 236,7 т.
4. Экономическую
эффективность обработки ГКР определяем по
формуле (10.91) для объема 3
м3:
Эн = (150 — 80)236,7 — 3000 = 13 660
руб.
Таким образом, с увеличением объема
ГКР эффективность возрастает.
Задача 10.17
Рассчитать
количество реагентов для приготовления
кислотного раствора: кислот, ингибитора,
стабилизатора, ПАВ и др.
Методика
Необходимое
количество товарных жидких кислот
(л/м3) для приготовления
1 м3
кислотного раствора (удельный объем
кислоты) рассчитываем по
формуле
V,K =
10C3p3/CmD,
(10.92)
где C — заданная
концентрация кислоты (HCl, HF, CH3COOH) в
растворе, %; рз — плотность соляной
кислоты заданной концентрации, г/см3
(кг/л); Cmv — содержание активной
части товарной кислоты в растворе,
г/см3 (кг/л).
Если рассчитываем
V^к для добавок других жидких
кислот к солянокислотному раствору
заданной концентрации, то р3 берем для
заданной концентрации соляной кислоты, а C —
для другой кислоты (плавиковой,
уксусной).
Определим удельный объем
количества других примесей к кислотному
раствору, например твердых кислот
(лимонной, БФФА и др.) и ингибиторов, ПАВ и
т.п. Для 1 м3 кислотного раствора объем
примеси рассчитываем по формуле
^.п =
1000C,пP3/Cт.пPт.ш
(10.93)
где VТП — объем
товарной массы данной примеси к 1000 л
кислотного раствора заданной плотности,
л/м3; C^ — заданная концентрация
примеси, %; C.^ — товарная концентрация
примеси, %; ртп — плотность примеси,
г/см3 (кг/л).
Объем ^.п водных
или других растворов ПАВ рассчитываем по
формуле (10.93), но вместо рз подставляем
значение плотности жидкости, в которой
растворяется ПАВ или другой реагент
(г/см3 или кг/л).
Удельный объем
жидкости, на основе которой готовится
кислотный или другой раствор (основания,
или иначе — растворителя), определяют
следующим образом:
n
V_ = 1000 — 2 V
i. (10.94)
i =1
i
Массу любого реагента,
необходимую для приготовления заданного
объема кислотного раствора либо другой
г-й технологической жидкости
(продавливающей, вытесняющей и т.п.),
записываем в виде
Gт f = Vт
iRT fVK/1000,
(10.95)
где G.J f — масса
реагента (кислоты) для приготовления всего
кислотного или другого раствора, т; VT
f — удельный объем кислоты или другого
реагента, л/м3; R.J f — товарная
плотность этого же реагента, кг/л
(т/м3); VK — объем раствора для
обработки скважины (кислотного, ПАВ и
т.д.).
Справочные материалы для расчетов
приведены в табл. 10.26 — 10.29.
Т а б л и ц а
10.26
Т а б л и ц а 10.27
Т а б л и
ц а 10.28
Характеристика
соляной кислоты при 20 °С
Плот ность, г/см3 |
Концентрация HC1 |
|
1,038 |
8 |
0,083 |
1,047 |
10 |
0,105 |
1,057 |
12 |
0,127 |
1,073 |
15 |
0,163 |
1,098 |
20 |
0,220 |
1,125 |
25 |
0,282 |
1,149 |
30 |
0,345 |
Характеристика плавиковой
кислоты при 20 °С
Плот ность, г/см3 |
Концентрация HF |
|
1,003 |
1 |
0,010 |
1,005 |
2 |
0,020 |
1,009 |
3 |
0,030 |
1,012 |
4 |
0,041 |
1,017 |
5 |
0,051 |
1,036 |
10 |
0,104 |
1,070 |
20 |
0,214 |
1,107 |
32 |
0,354 |
1,123 |
40 |
0,448 |
1,155 |
50 |
0,578 |
Характеристика уксусной кислоты
при 20 °С
Плот ность, г/см3 |
Концентрация СН3 COOH |
|
0,9996 |
1 |
0,010 |
1,0012 |
2 |
0,020 |
1,0025 |
3 |
0,030 |
1,0055 |
5 |
0,050 |
1,0642 |
60 |
0,639 |
1,0700 |
80 |
0,856 |
1,0980 |
100 |
1,050 |
Т а б л и ц а
10.29
Характеристика наиболее часто
применяемых реагентов для кислотной
обработки
Жидкость и реагенты |
Концентрация, % |
Плотность, |
Активная часть, % |
Вода техническая |
100,0 |
1,00 |
0,00 |
Нефть легкая |
100,0 |
0,80 |
0,00 |
Вода пластовая |
100,0 |
1,11 |
0,00 |
Нефть товарная |
100,0 |
0,84 |
0,00 |
Конденсат |
100,0 |
0,80 |
0,00 |
Ацетон |
100,0 |
0,79 |
0,00 |
Кислота соляная |
27,0 |
1,14 |
0,31 |
То |
31,0 |
1,55 |
0,35 |
Кислота |
40,0 |
1,12 |
0,45 |
Кислота уксусная |
60,0 |
1,07 |
0,64 |
БФФА |
60,0 |
1,50 |
0,00 |
Кислота |
24,0 |
1,12 |
0,27 |
Кислота лимонная |
100,0 |
1,54 |
0,00 |
Метанол |
100,0 |
0,79 |
0,00 |
КИ-1 |
95,0 |
1,05 |
0,00 |
Сульфит натрия (стабилизатор) |
100,0 |
2,63 |
0,00 |
Превоцел (ПАВ) |
99,0 |
1,10 |
0,00 |
Сульфанол (ПАВ) |
38,0 |
1,17 |
0,00 |
АНП-2 (ПАВ) |
100,0 |
1,05 |
0,00 |
Карпатол (пАв) |
100,0 |
0,99 |
0,00 |
МЛ-80 (ПАВ) |
100,0 |
1,05 |
0,00 |
Прогалит (пАв) |
100,0 |
1,10 |
0,00 |
Неонол (ПАВ) |
99,0 |
1,04 |
0,00 |
ТЕАС-М (ПАВ) |
100,0 |
1,10 |
0,00 |
Дисольван (ПАВ) |
100,0 |
1,09 |
0,00 |
ЭС-2 (эмульгатор) |
100,0 |
1,00 |
0,00 |
Полиакриламид (гель) |
8,0 |
1,05 |
0,00 |
Полиакриламид гранулированный |
80,0 |
1,12 |
0,00 |
КМЦ-600 |
100,0 |
1,70 |
0,00 |
Определить
потребность в товарных кислотах для
раствора C3 = 15 % HCl + + 3 % HF для
приготовления 6 м16
кислотного раствора. Заданная концентрация
товарной соляной кислоты 28 % HCl и товарной
плавиковой кислоты 40 %
HF.
Решение
1. Из табл. 10.26
найдем для 28 % HCl содержание кислоты в 1 л
Cmv = = 0,319 л/кг и плотность рт =
1,139 кг/л, а для 40 % HF выбираем из табл. 10.27
значения: Cmo = 0,448 л/кг и рз =
1,123 кг/л. Для 15 % HCl рз = = 1,073 кг/л и для 3 %
HF рз = 1,09 кг/л.
2. Согласно
зависимости (10.92) определяем удельные
объемы: для соляной кислоты
Пример
10.17.2
Определить потребность для
приготовления 6 м3 глинокислотного
раствора по условиям примера 10.17.1 с
примесями 0,5 % ингибитора КИ-1-95 %-ной
товарной концентрации, 2 % стабилизатора —
уксусной кислоты 80 %-ной товарной
концентрации и 0,3 % ПАВ — неонола 100 %-ной
товарной концентрации.
Решение
1.
Для стабилизатора 2 %-ной уксусной кислоты
по данным табл. 10.28 находим объем товарной
массы кислоты, необходимой для
приготовления кислотного раствора по
уравнению (10.92):
Т7 10 • 2 •
1,073 тс / 3
I/ =—1-= 25
л /м3.
0, 856
Масса уксусной
кислоты
п 25 • 1,07 • 6
п л ал
Gт =— -= 0,161
т.
т 1 000
л/м
95 • 1, 05
массу
ингибитора — по формуле (10.95)
п
5,37 • 1, 05 • 6 n т,
Gx _ —-:-_
0,034 т.
4. Удельный объем технической
пресной воды для растворения реагентов
находим по формуле (10.94)
к.р = 1000 —
(504,5 + 71,8 + 25,0 + 5,37 + 3,13) = 1000 — 609,8 = 390,2
л/м3.
Рассчитаем суммарное
количество воды для приготовления
кислотного раствора по уравнению
(10.95)
Г 390, 2 • 1, 0 • 6
то,.
Gт ; _
—’-:-_ 2,341
т.
т г 1000
10.4. ПРИМЕНЕНИЕ ПЭВМ ДЛЯ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ КИСЛОТНЫХ
ОБРАБОТОК
На нефтегазовых
месторождениях Украины для интенсификации
притока наиболее широко применяют
кислотные обработки. Однако до настоящего
времени их планируют на основании
эмпирических подходов. В Центре
организации, управления и экономики
нефтегазовой
промышленности
(ЦОУЭНГ) в г.
Ивано-Франковске созданы методические
основы проектирования КО на ПЭВМ, главные
принципы которых приведены в подразделах
10.1 и 10.3. Получены аналитические зависимости
течения реакции в поровом пространстве, по
которым определяют условный радиус зоны
растворения породы с учетом макро- и
микронеоднородности пород,
гидродинамических и температурных условий
фильтрации, химического состава кислотного
раствора и пород. Методика проектирования
базируется на совместном применении данных
лабораторных, промышленных исследований и
аналитических расчетов.
Разработан
алгоритм проектирования обработок соляно-
и глинокислотными растворами. Апробирована
программа для проектирования КО на ПЭВМ.
Рассмотрим поэтапно проектирование
процессов СКО и ГКО на ПЭВМ.
10.4.1.
ИСХОДНАЯ ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
КИСЛОТНОЙ ОБРАБОТКИ
Приведем данные,
необходимые для проектирования кислотной
обработки (табл. 10.30).
Для уменьшения
затраты средств на дополнительные
исследования пород каждого пласта мы
обобщили предыдущие лабораторные и
промышленные исследования и предложили
методические подходы к определению
отдельных данных, описанных в задачах
подраздела 10.3. В программе проек-
Т а б л
и ц а 10.30 Исходная информация
Номер по поряд |
Наименование данных |
Число знаков |
Номер по по |
Наименованные данных |
Число |
ку |
рядку |
||||
1 |
Код месторождения |
25 |
Плотность |
4 |
|
2 |
Месторождение |
4 |
26 |
Диаметр НКТ для КО |
5,3 |
3 |
Скважина |
20 |
27 |
Радиус |
4 |
4 |
Код пласта |
4 |
28 |
Цена 1 т |
7,1 |
5 |
Пласт |
2 |
29 |
Себестоимость 1 т |
7,1 |
6 |
Верх пропластка, м |
10 |
30 |
Затраты на проведение КО, тыс. руб. |
8,1 |
7 |
Низ пропластка, м |
4 |
31 |
Карбонатность породы, |
4,1 |
8 |
Пористость пропластка, % |
4 |
32 |
Глинистость породы, % |
4,1 |
9 |
Тип |
4,1 |
33 |
Коэффициент участия по-рового |
4,2 |
10 |
Отношение |
1 |
34 |
Коэффициент вытеснения |
4,2 |
11 |
Дебит жидкости, м3/сут |
4,2 |
35 |
Коэффициент |
4,2 |
12 |
Обводненность, % |
6,2 |
36 |
Коэффициент |
4,2 |
13 |
Газовый фактор, м3/т |
4,1 |
37 |
Средняя |
5,2 |
14 |
Способ эксплуатации |
5,1 |
38 |
Средняя растворимость |
5,2 |
15 |
Тип насоса |
3 |
39 |
Продолжительность |
3 |
16 |
Длина хода плунжера, м |
16 |
40 |
Продолжительность работы скважины с |
3 |
17 |
Количество ходов плунжера ход/мин (или |
4,1 |
|||
18 |
Пластовое давление, МПа |
4,1 |
|||
19 |
Давление насыщения, МПа |
4,1 |
|||
20 |
Пластовая |
4,1 |
|||
21 |
Приемистость скважины насосным |
3 5,1 |
|||
22 |
Давление на агрегате, |
5,1 |
|||
23 |
Число |
2 |
|||
24 |
Плотность |
4 |
Месторождение |
Пласт |
1^(код) |
г я |
m % |
k„, |
сгл, |
гпор, мкм |
Долинский нефтяной |
|||||||
Долинское |
ML3 |
2 |
5 |
9 |
1,5 |
5 |
1,1 |
ML2 |
2 |
5 |
13 |
15 |
5 |
2,5 |
|
ML1 |
2 |
7 |
13 |
15 |
5 |
2,5 |
|
Bs-Vg |
1 |
20 |
13 |
31 |
5 |
2,8 |
|
Jm |
2 |
20 |
12 |
9 |
5 |
2,2 |
|
Северо-Долинское |
Bs-Vg |
2 |
10 |
11 |
5 |
5 |
1,5 |
Танявское |
ML |
1 |
40 |
13 |
31 |
5 |
2,5 |
ML |
2 |
7 |
12,5 |
11,5 |
5 |
2,3 |
|
Jm |
2 |
30 |
13 |
15 |
5 |
2,5 |
|
Струтинское |
ML3 |
2 |
5 |
12 |
9 |
5 |
2,2 |
ML1 |
2 |
10 |
12 |
9 |
5 |
2,2 |
|
Bs-Vg |
2 |
20 |
11 |
5 |
5 |
1,5 |
|
Надворнянский нефтяной район |
|||||||
Луква |
ML2 |
3 |
5 |
11 |
2,5 |
10 |
12 |
ML1IKT |
2 |
10 |
15 |
36 |
5 |
3,0 |
|
MLfflP |
2 |
5 |
12 |
9 |
5 |
2,0 |
|
Эос |
3 |
10 |
11 |
2,5 |
10 |
1,2 |
|
Гвизд |
ML2 |
1 |
7 |
13 |
30 |
5 |
3,5 |
ML1RT |
2 |
5 |
15 |
36 |
5 |
3,0 |
|
MLfflP |
2 |
10 |
13 |
15 |
5 |
2,5 |
|
Эос |
2 |
5 |
15 |
35 |
5 |
3,0 |
|
Битковское |
|||||||
Битковский блок |
ML2 |
3 |
15 |
10 |
1,3 |
10 |
1,0 |
ML1RT |
3 |
5 |
10 |
1,3 |
10 |
1,0 |
|
MLfflP |
2 |
5 |
15 |
36,0 |
5 |
3,0 |
|
Пасечный блок |
ML2 |
3 |
15 |
10 |
1,3 |
10 |
1,0 |
ML1RT |
3 |
5 |
10 |
1,3 |
10 |
1,0 |
|
MLfflP |
2 |
5 |
15 |
36,0 |
5 |
3,0 |
|
П р и м е ч а н |
н И о л с е |
ые обознач |
ения: КЛ, |
ПР — клив |
ский и по^ |
дроговичны |
а— ч с е п й |
ник |
тирования КО на ПЭВМ предусмотрен
автоматизированный расчет или обоснован
выбор таких данных (см. табл. 10.30, поз.
31-40).
В.М. Дистрянов предложил типизацию
пород Предкарпатья с учетом
гранулометрического состава зерен и
количества глинисто-карбонатного цемента
(табл. 10.31). Если отсутствуют геофизические
характеристики пород в разрезе скважины, то
можно использовать среднее значение
эффективных мощностей по пластам, их
пористость и др.
10.4.2.
АЛГОРИТМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
КИСЛОТНОЙ ОБРАБОТКИ
Математическая
модель проектирования кислотной обработки
понятна из приведенной ниже функциональной
блок-схемы, связанной с методическими
подходами (рис. 10.7, 10.8).
10.4.3.
ВЫХОДНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ КО НА ПЭВМ
Структура и
содержание выходных документов
проектирования КО на ПЭВМ рассмотрены на
примере проектирования СКО в скв. 105 ПД и ГКО
в скв. 584 Б.
Проект содержит входную
инструкцию о скважине, обоснование выбора
скважины и расчет СКО (ГКО). Расчетная часть
дает представление о продолжительности
реакций в пласте на расстоянии 0,5-10 м от оси
скважины, массу породы, которая может быть
растворенной и т.д. Определено максимальное
количество породы, которое растворяется в
заданных объемах кислоты определенной
концентрации, радиус зоны растворения и ее
объем, радиус распространения продуктов
реакции. Вычислена пористость и
проницаемость в зонах растворения,
ожидаемый дебит, дополнительная добыча
нефти и экономический эффект.
Рис.
10.7. Блок-схема проектирования
солянокислотной обработки
Рис. 10.8. Блок-схема
проектирования глинокислотной
обработки
Сравнивая
различные варианты обработки, специалисты
нефтегазодобывающих предприятий выбирают
рациональный вариант.
Программы
содержат инструкции, в которых описан
порядок расчета на ПЭВМ параметров СКО и
ГКО. Проектирование СКО и ГКО на ПЭВМ
следует применять для обоснования решений
о целесообразности проведения обработки
скважины.
Таким образом, применена новая
методика для расчета основных параметров
процесса: режима фильтрации в призабойной
зоне скважины и продолжительности реакции,
глубины закачивания кислоты и глубины
растворения компонентов пласта, объемов
кислотного раствора, вытесняющей и
продавливающей жидкостей. Некоторые из
указанных параметров введены и рассчитаны
впервые. В целом применение этой методики
обеспечивает более высокий уровень
проектирования КО, что содействует
эффективности процесса.
10.5. КИСЛОТНАЯ ОБРАБОТКА ЗАБОЕВ
НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН С ОТТЕСНЕНИЕМ ПРОДУКТОВ
РЕАКЦИИ В ГЛУБЬ ПЛАСТА
Коллекторы
залежей нефти Долинского и
Северо-Долинского месторождений,
залегающие на глубинах 2700-3200 м,
представлены низкопроницаемыми
песчаниками и алевролитами. В процессе
бурения и цементирования скважин создаются
микротрещины, которые засоряются
привнесенными частицами, и проницаемость
призабойной зоны ухудшается. В скважинах
успешно применяют химические обработки
призабойной зоны с целью увеличения
производительности нефтяных и
нагнетательных скважин.
Известные
технологические схемы солянокислотных
обработок (СКО) и гидрокислотного разрыва
пласта (ГКРП) предусматривают обязательное
своевременное извлечение продуктов
реакции во избежание закупорки
обрабатываемого пласта.
Своевременное
извлечение продуктов реакции из глубоких
скважин, особенно после ГКРП, связано с
некоторыми техническими трудностями.
Поэтому сделаны первые попытки проводить
бездренажные солянокислотные обработки
нагнетательных скважин. Например, по
технологии СКО нагнетательных скважин,
применяемой в Ширваннефти, после закачки
кислоты в пласт сразу же закачивают воду,
благодаря чему продукты реакции уносятся
далеко за пределы призабойной зоны
скважины.
При проведении химической
обработки нефтяных скважин нет возможности
проводить работы по такой технологии, так
как для этого необходимо было бы закачивать
в скважину сотни и тысячи кубометров нефти.
В связи с этим возникает вопрос, на какое
минимальное расстояние необходимо
оттеснить продукты реакции от ствола
скважины, чтобы выпадение их в осадок не
вызвало заметного снижения эффективности
обработки.
Произведем приближенную
оценку влияния выпадения продуктов реакции
в пласте на эффективность обработки
призабойной зоны. Количество твердой фазы
(СаСО3, MgCO3, Fe2O3 и др.),
растворяющейся в 10-12 %-ной соляной кислоте,
не превышает 10 % ее объема. Следовательно, в
случае выпадения всей растворенной твердой
фазы в осадок пористость коллектора
снизится на 10 %. Поскольку точной
функциональной зависимости между
проницаемостью и пористостью для
естественных коллекторов не существует,
определим, как влияет такое снижение
пористости на снижение проницаемости для
фиктивного грунта по зависимости Козени.
При одном и том же диаметре зерен
фиктивного грунта проницаемость снижается
в 1,4 раза (при начальной пористости 5 %) и
далее, по мере увеличения пористости
степень снижения проницаемости
уменьшается до 1,2 раза (при начальной
пористости 20 %). При проведении дальнейших
расчетов с целью получения
Рис.
10.10. Изменение дебита скважины после
кислотного воздействия на призабойную зону
с извлечением и рассредоточением продуктов
реакции:
1 — отношение дебита
скважины после ОПЗ с извлечением продуктов
реакции к дебиту до обработки; 2 — то же
после ОПЗ с рассредоточением продуктов
реакции к дебиту до обработки при k3/
k2 = 2; 3 — то же при k3/ k2 = 4;
4 — отношение прироста дебита,
полученного при ОПЗ с извлечением
продуктов реакции, к приросту дебита,
полученному без извлечения п р о-дуктов
реакции, при k3/ k2 = 2; 5 — то же
при k3/ k2 = 4
данных о влиянии
снижения проницаемости на эффективность
обработки в более широком диапазоне
отношение проницаемостей в зоне нахождения
отработанного раствора до и после
обработки принимается равным 2 и 4.
Рис.
10.9. Состояние пласта до обработки и после
нее:
k1 — проницаемость после
обработки при извлечении продуктов реакции
из области радиусом r; k2 —
проницаемость после обработки без
извлечения продуктов реакции в области,
ограниченной радиусами r и R; k3 —
проницаемость пласта до обработки; RK —
радиус контура питания; RG — радиус
скважин ы
Используя
классическое решение задачи о влиянии
неоднородности пласта при движении
несжимаемой жидкости на дебит скважины для
схемы пласта, показанной на рис. 10.9,
определим, как будет изменяться дебит
скважины по сравнению с начальным дебитом
(а) при условии извлечения (б) и
оттеснения (,) продуктов реакции и
соблюдении линейного закона
фильтрации.
Радиус r действия
кислоты примем равным 0,5-20 м, при этом радиус
рассредоточения продуктов реакции
составляет R = r + 1 м при различных
значениях r.
Данные, полученные в
результате расчетов при условии значения
к3/к2 равны 4 и 2 а,
k3/k1 равно 0,1, приведены на
рис. 10.10.
На рисунке видно, что для
принятых условий в случае извлечения
продуктов реакции из пласта после ОПЗ во
всех случаях прирост добычи нефти
увеличивается в 1,2-2,75 раза; при оттеснении
продуктов реакции на небольшое расстояние
от ствола скважины прирост дебита
уменьшается.
Сравнение показывает, что
наибольшее влияние на прирост дебита после
обработки оказывают оставленные продукты
реакции на расстоянии первых 2 м от ствола
скважины. Оттеснение продуктов реакции при
принятых условиях на расстояние более 2 м от
ствола скважины приводит к небольшому
снижению ожидаемого прироста дебита нефти
по сравнению с ожидаемым приростом при
извлечении продуктов реакции, например, в
худшем случае при к 3/к 2 =
4 всего на 24 %.
В каждом конкретном случае
оптимальный радиус оттеснения продуктов
реакции от ствола скважины будет
определяться, с одной стороны, желанием
получить наименьшие потери ожидаемого
прироста добычи нефти, а с другой —
располагаемым объемом продавочной
жидкости (нефти).
Объемы продавочной
жидкости при средней для данных
месторождений эффективной мощности, равной
45 м, пористости 10-15 % и различных радиусах
оттеснения от ствола скважины приведены в
табл. 10.32.
Как видно из приведенной
таблицы, в данных условиях объем
продавочной жидкости, необходимый для
оттеснения отработанного кислотного
раствора на расстояние первых нескольких
метров от ствола скважины, составляет всего
несколько десятков кубометров.
По
общепринятому мнению, в промысловых
условиях при проведении кислотных
обработок и гидрокислотных разрывов
пластов проникновение кислоты в пласт
происходит не по всему поровому
пространству, а по отдельным трещинам,
объем которых неизвестен. Поэтому
неизвестен и радиус оттеснения
отработанной кислоты в пласт, который,
по-видимому, всегда будет больше, чем
расчетный при условии распространения
кислоты по всему поровому пространству. При
этом зона проницаемости k2 по мере
увеличения радиуса оттеснения будет все
время уменьшаться, тогда как при расчетах
она была принята нами постоянной и равной 1
м.
Следовательно, в реальных условиях
влияние оставленных в пласте продуктов
реакции на прирост дебита будет еще
меньше.
В НГДУ “Долинанефть” успешно
проведены первые химические обработки
нефтяных скважин без извлечения продуктов
реакции. Проведены две СКО на скв. 210 и 643 при
градиентах давления 0,015-0,016 МПа/м и две
обработки типа ГКРП на скв. 5 и 546 при
градиентах давления 0,0195-0,0205 МПа/м с
применением следующей технологической
схемы. НКТ допускали ниже вскрытого
интервала продуктивного горизонта (если
работы проводились с пакером, то он
устанавливался выше продуктивного
горизонта). Затем закачивали по НКТ 10-20
м3 10 %-ного раствора соляной кислоты с
добавкой 1-1,5 %-ной плавиковой кислоты и 0,1-0,05
% дисольвана.
Солянокислотный раствор
продавливали товарной нефтью объемом 25 -120
м3. После закачки в пласт кислоты
скважину не эксплуатировали в течение 2-3
сут, достаточных для выпадения осадка из
отработанного раствора.
Затем начинали
откачку глубинным насосом или пускали
фонтан.
Т а б л и ц а 10.32
Объем
продавочной жидкости в зависимости от
радиуса оттеснения, м3
Радиус закачки |
Объем |
Пористость |
10 % |
15 % |
|
1 |
14 |
21 |
2 |
56 |
85 |
3 |
127 |
191 |
5 |
350 |
530 |
При
проведении работ по предлагаемой
технологии отпадает необходимость в
использовании стабилизатора и дренажа с
целью извлечения продуктов реакции, что
дает возможность экономить при каждой
операции на скважине.
Рассмотрим
отдельные процессы, проведенные на
Долинских месторождениях. Скв. 210
фонтанировала (выгодские отложения в
интервале 2612-2773 м) нефтью дебитом 117 т/сут.
Произведена промывка скважины товарной
нефтью; дебит нефти после этого не
увеличился. Через 5 лет скважина переведена
на глубинно-насосную эксплуатацию с
дебитом 14 т/сут. Из скважины извлекли
глубинный насос и закачали по описанной
технологии 14 м3 10 %-ного раствора
соляной кислоты с добавкой 1 %-ной
плавиковой кислоты и 1 %-ного сульфанола при
расходе кислоты 430 м3/сут и градиенте
давления 0,016 МПа/м. Кислоту продавили
товарной нефтью объемом 25 м3, спустили
глубинный насос на прежнюю глубину и через 3
сут начали откачку. Дебит скважины
увеличился от 12,6 до 26 т/сут, а через 2 мес
снизился до 20 т/сут и сохраняется на этом
уровне.
Проведен ГКРП на скв. 546, который
вскрыл выгодские отложения в интервале
2834-2947 м. Начальный дебит ее составлял 75 т/сут
фонтанированием, текущий дебит
глубинно-насосной эксплуатацией
составляет
7,7 т/сут. В процессе ГКРП в
пласт закачали 43 м3 10 %-ного раствора
соляной кислоты с добавкой 1 %-ной
плавиковой кислоты и 0,1 %-ного дисоль-вана
при расходе 650 м3/сут и градиенте
давления 0,0205 МПа/м. Продавку осуществили
путем закачки 30 м3 товарной нефти.По
графику (см. рис. 10.10.) при эффективной
мощности пласта 48 м и пористости 12 % радиус
оттеснения отработанного раствора
составит 1,2-1,5 раза, а при извлечении
продуктов реакции — в 1,45 раза. Фактически
дебит скважины после ГКРП увеличился в 1,55
раза.
На скв. 5 после ГКРП добыча нефти
увеличилась в 2 раза, и скважина переведена
с периодической работы на круглосуточную. В
двух последних процессах количество
продавочной жидкости (нефти) составило
соответственно 100 и 120 м3.
Таким
образом, промысловые результаты
подтверждают правильность предположений о
возможности проведения химической
обработки нефтяных скважин с оттеснением
отработанной кислоты на небольшое
расстояние от ствола
скважины.
Сопоставим опыт кислотных
обработок нефтяных скважин с различными
методами извлечения и оттеснения продуктов
реакции.
Кислотные обработки
проводились по следующей технологической
схеме. Башмак насосно-компрессорных труб
устанавливали у подошвы или в середине
обрабатываемого интервала. В скважине
восстанавливали циркуляцию нефти, а затем
закачивали 1-2 м3 5 %-ной HCl для очистки
насоснокомпрессорных труб и призабойной
зоны, после чего обратной промывкой
вымывали ее на поверхность. Далее, при
открытом затрубном пространстве в НКТ
закачивали рабочий раствор кислоты,
поднимали его до кровли обрабатываемого
пласта, закрывали затрубную задвижку и
продавливали кислоту в пласт. Объем
продавочной жидкости, количество и
рецептуру раствора устанавливали в
зависимости от применяемого способа
очистки призабойной зоны скважины от
продуктов реакции.
При кислотной
обработке с извлечением продуктов реакции
с помощью метода переменных давлений (МПД) в
скважине на время реакции (4-16 ч) оставляли
кислотную ванну.
При кислотной
обработке с оттеснением продуктов реакции
объем продавочной жидкости составлял 30-70
м3, а продавка кислоты осуществлялась
сразу после закачки ее в призабойную зону
скважины.
Для кислотной обработки
применялась смесь 8-15 % HCl из абгазов
органических производств с добавкой 0,1-0,3 %
дисольвана или 1-3 % НЧК, иногда с добавкой 1-1,3
% НГ.
При кислотной обработке с дренажем
закачивали 5-15 м3 кислоты с
обязательной добавкой 1,5-2 % уксусной или
0,1-0,15 % лимонной кислоты, а при кислотной
обработке без дренажа — 12-42 м3
кислотного раствора без добавки
стабилизаторов.
Эффективность
кислотных обработок с добавкой HF в
скважинах с зацементированной против
обрабатываемого продуктивного горизонта
колонной составляет 71 %, а при кислотных
обработках без добавки HF — равна 38 %; прирост
дебита при кислотной обработке с HF на 14 %
больше. Это объясняется, по-видимому,
проявлением известных свойств HF,
предупреждающей образование геля
кремниевой кислоты после реакции HCl с
цементом.
Таким образом, добавка 1-1,5 % HF
повышает эффективность
обработки.
Лабораторными опытами
установлено, что при перемешивании
долин-ских нефтей с растворами HCl и CaCl2
образуются малостойкие эмульсии. Стойкость
эмульсий возрастает с увеличением
содержания солей в нефти.
Поэтому
главное назначение ПАВ, добавляемых к
кислотному раствору, в данном случае
состоит, по-видимому, в создании лучшего
контакта кислоты с породой и обеспечении
легкого извлечения продуктов
реакции.
Эффективность различных
кислотных обработок может быть оценена по
данным табл. 10.33.
Т а б л и ц а
10.33
Данные кислотных обработок (КО)
скважин Долинского и Северо-Долинского
месторождений
Параметры |
По |
По выгодским отложениям Долины и |
|||
КО с МПД |
КО с дренажем |
КО с МПД |
КО с дренажем |
КО с оттеснением |
|
Число процессов |
9 |
3 |
9 |
7 |
5 |
Эффективность, % |
44 |
67 |
55 |
71 |
80 |
Характеристика скважины: |
|||||
средняя глубина, м |
2500 |
2620 |
2780 |
2750 |
2850 |
эффективная мощность, |
68 |
77 |
48 |
38 |
53 |
м р’пл, МПа/м |
0,0093 |
0,0087 |
0,0090 |
0,0096 |
0,0090 |
дебит нефти до КО, |
4,7 |
2,0 |
14,0 |
29,4 |
7,7 |
т/сут |
|||||
объем |
7,0 |
12,3 |
6,0 |
8,0 |
18,5 |
удельный объем |
0,13 |
0,16 |
0,12 |
0,21 |
0,35 |
ты, м3/м |
|||||
темп |
350 |
250 |
350 |
400 |
440 |
Рза<5, |
0,017 |
0,015 |
0,015 |
0,015 |
0,017 |
Показатели |
|||||
дебит после КО, |
15,9 |
6,1 |
21,0 |
49,0 |
38,4 |
прирост дебита, т/сут |
11,2 |
4,1 |
7,0 |
19,6 |
30,7 |
Дополнительно добыто |
1370 |
810 |
2050 |
4800 |
4100 |
нефти на одну обработку, т |
|||||
Дополнительно добыто неф |
363 |
135 |
374 |
610 |
560 |
ти на 1 мес работы с повы- |
шенным
дебитом, т/мес _
Кислотная
обработка с МПД имеет хорошие показатели в
тех отложениях, где наблюдаются
сравнительно высокие градиенты пластового
давления (менилиты Долины), а очистка
скважин самоизливом не происходит.
Например, скв. 49 и 646, где р’пл = 0,0096
МПа/м, после кислотной обработки
самоизливом не очищались, несмотря на то
что они были заполнены нефтью и репрессия
на пласт составляла около 3,5 МПа.
С
помощью МПД здесь достигнута хорошая
очистка призабойной зоны скважин, из
которых после кислотной обработки
дополнительно добыто 5 тыс. т нефти. При
низких пластовых давлениях (скв. 24,
р’пл = = 0,008 МПа/м) при
проведении МПД очистка пласта не
происходит,
промывочная жидкость
поглощается, и кислотные обработки не дают
эффекта.
Наилучшие результаты получены
при такой кислотной обработке, где
обеспечивалась своевременная (через 4-8 ч)
качественная очистка призабойной зоны
скважины от продуктов реакции с отбором
больших объемов жидкости в течение
длительного времени (кислотная обработка с
дренажем самозаливом или газлифтом по
выгодским залежам). Если извлечение
продуктов реакции начиналось через 30-40 ч
после закачки кислоты в призабойную зону
скважины (кислотная обработка с дренажем
компрессорами по менилитовой залежи), что
обусловлено низкой производительностью
компрессоров высокого давления, то
эффективность кислотной обработки была
очень низкой.
Из табл. 10.33 видно, что
эффективность кислотной обработки
Выгодских отложений с дренажем и
оттеснением приблизительно
одинакова.
Технология кислотной
обработки с оттеснением продуктов реакции
обеспечивает получение долговременных
стабильных приростов дебита.
Кроме
перечисленных типов кислотной обработки
применяли кислотные ванны в тех случаях,
когда закачка кислоты в пласт была
невозможна.
По анализу глубинных проб
кислоты, взятых из скважины глубиной 2900-3500
м, установлено, что обработанная кислота
обогащена железом до 0,3 %, а нижняя часть НКТ
сильно корродирована.
Ввиду отсутствия
эффекта и активной коррозии глубинного
оборудования установка кислотных ванн в
рассматриваемых условиях считается
нецелесообразной.
Влияние изменения
технологических параметров на показатели
эффективности изучалось по методу
накопленной средней. При этом установлено,
что с увеличением объема кислоты (5-42
м3) и темпа ее нагнетания (200-830
м3/сут) показатели эффективности
кислотной обработки улучшаются, а с
увеличением давления нагнетания (р’3 =
0,013+0,02 МПа/м) ухудшаются.
Выявленные
зависимости могут быть объяснены
преимущественным взаимодействием кислоты
с глинистым и цементным растворами,
поступившими в трещины, образовавшиеся еще
при вскрытии продуктивных
горизонтов.
При кислотной обработке с
меньшими давлениями нагнетания кислота
поступает в микротрещины менилитовых
отложений или в низкокарбонатный массив
выгодских отложений. При более высоких
значениях р’ 3 кислота, вероятно,
закачивается в малопроницаемый
низкокарбонатный массив пласта
менилитовых отложений, где эффективность
ее воздействия меньше. Кроме того, известно,
что, устраняя ущерб, нанесенный призабойной
зоне скважины, следует ожидать большего
эффекта от кислотной обработки, чем от
обработки незагрязненного пласта.
Улучшение эффективности кислотной
обработки, связанное с увеличением темпа
нагнетания кислоты в пласт, объясняется
уносом загрязняющего материала из трещин и
улучшением условий контакта свежих порций
кислоты с содержимым трещин и их
стенками.
Проведем анализ кислотных
обработок нагнетательных скважин
Долин-ского и Северо-Долинского
месторождений.
Одним из основных
способов освоения нагнетательных скважин
Долин-ских месторождений после бурения и
поддержания их приемистости при
эксплуатации является кислотная обработка
(КО).
Для проведения КО в нагнетательную
скважину спускали 63-мм НКТ до низа
обрабатываемого интервала и производили их
очистку 0,5 м3 10 %-ной соляной кислотой.
Далее, в НКТ закачивали кислоту из расчета
подъема ее выше кровли обрабатываемого
интервала, закрывали затрубную задвижку и
продавливали кислоту в пласт.
На
конечном этапе КО продукты реакции
извлекали методом переменных давлений
через 14-20 ч после поступления кислоты в
пласт или сразу же оттесняли от ствола
скважины продавкой 80-90 м3 воды.
Для
КО, как правило, применяли смеси 10-15 %-ной
соляной кислоты с добавками 1-3 %-ной
плавиковой кислоты (32 скважино-операции) ко
второй половине объема раствора. Иногда
добавляли к раствору ПАВ — дисольван или
НЧК.
При КО с МПД (28 скважино-операций)
использовали в среднем 910 м3
кислотного раствора, обычно с добавкой 1,5-2
%-ной уксусной кислоты. Раствор закачивали
при темпах нагнетания 320-340 м3/сут и
градиентах давления 0,016-0,018 МПа/м. При КО с
оттеснением (56 скважино-операций)
закачивали 25-36 м3 кислотных растворов
при темпах нагнетания 650-800 м3/сут и
градиенте давления 0,0176-0,0183
МПа/м.
Влияние объема кислоты, темпа
закачки и давления на эффективность КО
оценивалась методом накопленной средней по
данным 51 КО. Оценку влияния удельного
объема кислоты считали нецелесообразной,
так как п ри обработке многопластовых
залежей неизвестно, какая часть разреза
поглощает кислоту.
На основе анализа
накопленных средних выявлено, что с ростом
объема и темпа нагнетания кислоты
наблюдается улучшение эффективности КО, а с
ростом давления нагнетания — снижение
эффективности.
Выявленное анализом
влияние параметров КО на ее эффективность
вызвано, по-видимому, характером
воздействия кислоты на обрабатываемые
продуктивные пласты и может быть объяснено
следующим образом.
При меньших
давлениях нагнетания кислота поступает в
основном в микротрещины, открытые ранее при
бурении скважин и нагнетании воды, реагируя
главным образом с загрязняющими их
частицами глины и соединениями железа. В
меньшей степени кислота проникает в
коренную породу через стенки трещин. В этих
случаях, конечно, следует ожидать большего
прироста приемистости, чем при поступлении
кислоты в низкокарбонатный массив пласта
или в трещины, не загрязненные при бурении и
открывающиеся только в процессе КО при
больших давлениях.
Следует отметить, что
с увеличением темпов закачки кислоты в
пласт обеспечивается лучшая очистка трещин
от загрязняющего их материала и улучшаются
условия контакта свежих порций кислоты с
содержимым трещин и их стенками.
Таким
образом, для повышения эффективности КО
следует увеличивать объемы кислоты
(примерно до 30 м3) и темпы ее
нагнетания в пласт.
Для получения данных
о влиянии методов КО на эффективность
проведено сопоставление КО с МПД и
повторных КО с оттеснением по тем же восьми
скважинам. При этом установлено, что
применение КО с оттеснением позволяет
увеличить среднее количество
дополнительно закачанной воды до 15 тыс.
м3, а среднюю длительность работы
скважины с увеличенной приемистостью до 12
мес, т.е. примерно в 2 раза по сравнению КО с
МПД.
Это вызвано применением больших
объемов и темпов нагнетания кислоты и
своевременным ее удалением из призабойной
зоны при КО с оттеснением, а следовательно,
более глубокой и качественной очисткой
пласта.
Вопросы выбора состава и
концентрации кислотных растворов решались
с учетом существующих рекомендаций и
проверялись опытом.
Постепенное
наращивание объема кислоты при повторных
КО, несмотря на некоторое снижение ее
концентрации, вызывает, как правило,
увеличение приемистости скважин выгодских
залежей и центральной части ме-нилитовой
залежи. Что касается остальной части
менилитовой залежи, то, несмотря на
увеличение объема кислотных растворов
(например, скв. 622 последовательно 6, 30 и 100
м3), не удается превысить средний
установившийся уровень приемистости этих
скважин (30-50 м3/сут).
Достигнутый
при увеличении объемов кислоты уровень
приемистости нагнетательных скважин,
по-видимому, может поддерживаться
проведением повторных обработок с меньшими
объемами и концентрациями (табл. 10.34, скв. 606).
Это представляется возможным, потому что
при последующих обработках в
низкокарбонатном пласте закачиваемая
кислота израсходуется на очистку раскрытых
при давлении нагнетания трещин от
привнесенных туда при нагнетании воды
частиц породы, соединений железа и
механических примесей и в меньшей степени
реагирует с породой.
Поэтому при
повторных КО на Долинских месторождениях
для поддержания достигнутого уровня
приемистости нагнетательных скважин
объемы кислоты могут быть такими же, как и в
предыдущих обработках, сохраняя те же
параметры обработки.
Проведена оценка
эффективности добавки 1,0-1,5 % плавиковой
кисло-
Т а б л и ц а 10.34
Результаты
кислотных обработок водонагнетательных
скважин
Номер |
Состав |
Параметры КО |
Способ |
Приемистость |
Допол |
||||
скважины |
Соляная кислота |
Уксусная кислота |
Объем кислоты, м3 |
Темп закачки кислоты, м3/сут |
Градиент давления1, МПа/м |
продуктов реакции |
до КО |
после КО |
нительно закачано, т/м3 |
606 |
14 |
1,5 |
8 |
300 |
0,018 |
МПД |
0 |
0 |
— |
15 |
— |
32 |
1150 |
0,019 |
Продавка |
0 |
80 |
10,5 |
|
10 |
— |
14 |
650 |
0,019 |
Продавка 90 |
25 |
53 |
1,6 |
|
5 |
— |
24 |
800 |
0,019 |
Продавка 80 м3 |
30 |
66 |
1,4 |
|
506 |
15 |
1,5 |
14 |
440 |
0,016 |
МПД |
72 |
207 |
15,0 |
10 |
— |
34 |
970 |
0,017 |
Продавка 100 м3 |
100 |
280 |
25,0 |
|
10 |
100 |
970 |
0,016 |
То |
164 |
560 |
24,6 |
||
1 Под |
ты к кислотному раствору. Для этого
обобщены сведения об эффективности КО при
различных способах крепления скважин в
интервале продуктивного горизонта, в
результате чего установлено, что
добавление плавиковой кислоты повышает (от
70 до 90 %) успешность операций. Влияние этой
кислоты особенно заметно при обработке
скважин с зацементированной обсадной
колонной, т.е. там, где она может
взаимодействовать с фильтратом цементного
раствора и предупреждать образование геля
кремниевой кислоты.
В некоторых случаях
КО без плавиковой кислоты была безуспешной,
а повторная КО с добавкой 0,5 %-ной не
позволила увеличить приемистость
(например, скв. 27 СД от 44 до 89
м3/сут).
Средняя по трем
скважино-операциям эффективность
использования 3 % добавки плавиковой
кислоты не выше таковой при использовании
1,01,5 % добавки по 27
скважино-операциям.
10.6. ОПЫТ КИСЛОТНОЙ
ОБРАБОТКИ НИЗКОПРОНИЦАЕМЫХ
СЛАБОКАРБОНАТНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ
ПРЕДКАРПАТЬЯ
Основное количество
кислотных обработок на глубокозалегающих
залежах Предкарпатья приходится на
Долинский нефтепромысловый район, где
ежегодно (с 1965 г.) производится 30-50
скважино-операций на нефтяных и
нагнетательных скважинах, а годовая
дополнительная добыча и закачка достигают
соответственно 40-60 тыс. т нефти и 0,8-1,4 млн.
м3 воды.
Кислотные обработки
нефтяных скважин проводились при спущенных
до низа обрабатываемого интервала
насосно-компрессорных трубах. В скважине
восстанавливали циркуляцию нефти, а затем
закачивали в насосно-компрессорные трубы
кислоту, поднимали ее в затрубном
пространстве до кровли обрабатываемого
интервала, закрывали затрубную задвижку и
продавливали кислоту в пласт. Объем
продавочной жидкости и рецептура раствора
выбирались в зависимости от времени
пребывания кислоты в призабойной зоне
скважины и способа извлечения продуктов
реакции.
При КО с извлечением продуктов
реакции с помощью метода переменных
давлений, дренирования компрессором или
самоизливом объемы продавочной жидкости
соответствовали объему
насосно-компрессорных труб, а при КО с
оттеснением продуктов реакции — 30-120
м3.
Для КО применяли смесь 8-15 %-ной
HCl, ингибированной ПБ-5 или формалином,
иногда с добавкой поверхностно-активных
веществ — 0,3 % ди-сольвана или 1-3 % НЧК.
Глинокислотная обработка проводилась
раствором 10 %-ной HCl + 1-3 %-ной HF. При КО с
извлечением продуктов реакции закачивали
5-15 м3 кислотного раствора,
содержащего до 2 % уксусной кислоты или до 0,15
% лимонной, а при КО с оттеснением
использовали 1242 м3 кислотного
раствора без стабилизаторов.
Кислотные
обработки нефтяных скважин с 1967 г.
проводили с добавкой 1 % лимонной кислоты в
качестве стабилизатора. В этом случае время
выдержки кислотного раствора в пласте
увеличивали до нескольких суток, продукты
реакции из глубинно-насосных скважин
специальным дренированием не извлекали.
После спуска насоса приступали к
эксплуатации скважин.
В нагнетательных
скважинах продукты реакции извлекали
самоизливом (немедленно), с помощью метода
переменных давлений через 14-20 ч или
оттесняли 80-90 м3 воды. После
извлечения насосно-компрессорных труб
скважину пускали под нагнетание.
При КО
с применением метода переменных давлений
использовали в среднем 9 м3 раствора
кислоты обычно с добавкой до 2 % уксусной
кислоты, а при КО с оттеснением — 25-36 м3
растворов без стабилизатора.
Расход при
закачке кислоты составлял 250-1150 м3/сут,
а градиент давления закачки — 0,0150-0,0190
МПа/м.
В Долинском нефтепромысловом
районе применяли установку кислотных ванн,
кислотные обработки (КО) и кислотные
разрывы пласта без закрепления трещин
песком (КГРП). Выделение кислотных ванн
среди остальных методов осуществляется
четко по технологическим признакам, а
разделение на КО и КГРП сложно в связи с
известными трудностями исследований,
необходимых для подтверждения открытия
трещин в каждом конкретном случае.
Поскольку при любой КО нет уверенности в
том, что при обработке не открылись трещины
(скорее, наоборот, надо полагать, что они
открылись), деление на КО и КГРП считаем
здесь весьма условным. Поэтому при анализе
кислотного воздействия на Предкарпатье в
дальнейшем разделение приведено по
способам извлечения продуктов реакции,
различию в рецептуре и т.п.
Опыт
постановки кислотных ванн в 12 разведочных и
эксплуатационных скважинах, обсаженных
зацементированной против продуктивности
горизонтов колонной и вскрытых
кумулятивной перфорацией, показал, что
только в одном случае достигли успеха — на
скв. 34 СД дебит увеличился от 5 до 1 2
т/сут.
Оставление кислоты на забое
глубоких скважин в течение длительного
времени (16-36 ч) вызывает интенсивное
разрушение металла. Например, в глубинной
пробе кислоты с глубины 3450 м на скв. 12 Спас
содержание железа достигло 4,1 %, а после
подъема насосно-компрессорных труб нижняя
часть их, находившаяся в кислоте, оказалась
непригодной для дальнейшего
использования.
Приведенные результаты
промысловых опытов показывают, что в
условиях Предкарпатья установка кислотных
ванн нецелесообразна.
10.6.1. ВЛИЯНИЕ
СПОСОБА ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПРОДУКТОВ РЕАКЦИИ И
РЕЦЕПТУРЫ НА РЕЗУЛЬТАТЫ
ОБРАБОТКИ
Результаты кислотных
обработок нефтяных скважин на Долинском и
Севе-ро-Долинском месторождениях (средние
данные на одну скважино-операцию)
представлены в табл. 10.35.
Оценка влияния
рецептуры на результат обработки нефтяных
скважин приведены на фоне способов
извлечения продуктов реакции.
Из
приведенных в табл. 10.35 данных можно
заметить, что добавка плавиковой кислоты
при обработке нефтяных скважин улучшает
результаты обработки в том случае, если
продукты реакции не остаются длительное
время в призабойной зоне (при КО с
оттеснением и самоизливом), и ухудшает
результаты ее, если кислота долго
выдерживалась в пласте (КО с методом
переменных давлений, освоением
компрессором). При длительном оставлении
кислоты в пласте предпочтительнее
проводить солянокислотную обработку без
давления плавиковой кислоты. В сочетании с
технологией оттеснения продуктов реакции в
глубину пласта глинокислотная обработка
нефтяных скважин становится одним из
основных методов воздействия на
призабойную зону скважин в
Предкарпатье.
Т а б л и ц а
10.35
Влияние рецептуры на результаты
кислотных обработок нефтяных
скважин
Глинокислотная обработка |
Солянокислотная обработка |
|||
Показатели |
с |
с оттеснением и |
с методом |
с оттеснением и самоизливом |
Количество процессов |
14 |
19 |
13 |
7 |
Успешность, |
36 |
74 |
46 |
71 |
Градиент пластового давления, МПа/м |
0,0092 |
0,0059 |
0,0090 |
0,0088 |
Дебит скважины до КО, т/сут (приемистость, |
11,3 |
9,7 |
3,7 |
8,1 |
Добыча из скважины до КО, тыс. |
12,8 |
17,4 |
16,7 |
7,5 |
Закачано кислоты, м3 |
9,1 |
16,0 |
8,8 |
14,3 |
Градиент |
0,0157 |
0,0150 |
0,0154 |
0,0161 |
Расход, м3/сут |
900 |
460 |
390 |
420 |
Дебит после КО (нефть), |
18,2 |
26,0 |
8,9 |
15,2 |
Кратность |
1,6 |
2,7 |
2,4 |
1,9 |
Прирост добычи |
735 |
3800 |
1 900 |
3200 |
Длительность работы |
2,8 |
9,3 |
6,8 |
7,4 |
Прирост добычи нефти |
110 |
254 |
120 |
200 |
Сопоставляя приведенные в
табл. 10.35 средние результаты КО с
недостаточным количеством стабилизатора
(1,5-2 % уксусной кислоты или 1,10— 0,25 % лимонной)
при несвоевременном извлечении продуктов
реакции с результатами КО с добавкой 1 %
лимонной кислоты, видим, что последние
характеризуются в 1,5-2 раза большей
успешностью и эффективностью.
10.6.2.
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА
ЭФФЕКТИВНОСТЬ КИСЛОТНЫХ ОБРАБОТОК
В
качестве основных параметров при анализе
были рассмотрены объем кислотного
раствора, расход и давление при закачке его
в пласт.
Из приведенных результатов
исследований профилей поглощения вытекает,
что применяемые в настоящее время методы
расчета требуемого объема кислотного
раствора исходя из расхода кислоты на 1 м
эффективной мощности, в данных условиях
неприемлемы. Ведь никогда заранее
неизвестно, раскроется ли трещина, в каком
интервале и по какому азимуту будет
поглощаться многопластовым разрезом
кислотный раствор. Поэтому рациональный
объем кислотного раствора в данных
условиях рекомендуется устанавливать с
учетом результатов обобщения промыслового
опыта. В основе более точных расчетов
должны лежать результаты лабораторных
исследований, касающиеся времени
нейтрализации кислоты.
Анализом
эффективности КО по накопленным средним
выявлены ее повышение при росте объема и
темпа нагнетания кислоты и экстремальный
характер кривой влияния давления
нагнетания на
эффективность.
Экстремальный характер
кривых влияния давления можно объяснить
следующим образом. При меньших давлениях
нагнетания кислота поступает в
высокопроницаемые зоны пласта и трещины,
которые, вероятно, раскрывались и
загрязнялись еще при бурении скважины или
при закачке воды, реагируя в основном с
загрязняющими трещины частицами глины и
соединениями железа, и в меньшей степени — с
коренной породой в околотре-щинном
пространстве. Кроме того, отметим, что с
ростом давления несколько увеличивается
глубина обработки и охват разреза
воздействием. В этих случаях, естественно,
следует ожидать большего прироста
производительности, чем при поступлении
кислоты в слабокарбонатный массив пласта
или в трещины, не загрязненные при бурении и
открывающиеся только при очень высоких
давлениях в процессе нагнетания
пласта.
Установлено, что для
рассматриваемых условий снижение объема
кислотных растворов на одну обработку
менее 12-14 м3 в нефтяных скважинах и 25-35
м3 в нагнетательных может вызвать
ухудшение результата КО. Вместе с тем
дальнейшее увеличение объема
незначительно влияет на улучшение
результатов обработки при применяемых
расходах в процессе закачки кислоты под
давлением.
Наблюдаемое различие
оптимальных величин объемов кислотного
раствора при КО нефтяных и нагнетательных
скважин вызвано, очевидно, большей степенью
и глубиной загрязнения призабойной зоны в
последних.
Повышение эффективности КО с
ростом расхода отчетливо проявляется при
сопоставлении результатов обработок по
нагнетательным скважинам. Исходя из этих
результатов, а также из сложившегося
представления о механизме взаимодействия
кислотных растворов с породами и
проникновения их при закачке в пласты в
данных условиях рекомендуется увеличение
расхода при КО до 800 м3/сут и
выше.
Давление, создаваемое при
обработке, должно обеспечить приемистость
скважины в этих пределах; для условий
предкарпатских месторождений при закачке
кислотных растворов в скважины с расходом
800 м3/ сут необходимо создание
давлений, достаточных для раскрытия трещин,
т.е. обычно обработка будет осуществляться
как кислотный разрыв пласта.
При
сопоставлении значений параметров
обработки по успешным и неуспешным
операциям выявлено, что средние параметры
по неуспешным обработкам, при которых не
получен прирост производительности, были
такими же, как и в случаях, в которых
достигнута высокая эффективность при
успешных обработках. Это может быть
вызвано, главным образом, поглощением
кислоты непродуктивной частью разреза,
неправильным подбором скважин для
проведения обработки или недостатками
технологии обработки (например,
несвоевременным извлечением продуктов
реакции).
Следовательно, повышения
эффективности обработки необходимо
добиваться не только за счет улучшения ее
параметров, но и за счет обоснованного
подбора объекта, осуществления
поинтервального воздействия и правильного
выбора остальных элементов
технологии.
Повторные обработки
нефтяных скважин были малоэффективными или
менее результативными, чем первичные.
Повторные обработки нагнетательных
скважин проводятся для восстановления их
приемистости. Повторные КО нагнетательных
скважин с оттеснением по сравнению с КО с
применением метода переменных давлений,
как уже указывалось, более эффективны.
Обработки с оттеснением, проведенные в
третий раз при изменении среднего объема
кислоты от 31 до 50 м3, позволили
увеличить по этой же группе из восьми
скважин среднюю приемистость от 111 до 156
м3/сут, хотя дополнительная закачка
соответственно составляла 17,2 и 10,2 тыс.
м3, т.е. снизилась почти в 2 раза по
сравнению с повторными
обработками.
Время работы скважины с
увеличенной приемистостью также меньше -8,4
мес против 11 мес при повторных
обработках.
Опыт показал, что
достигнутый при увеличении объемов кислоты
уровень приемистости нагнетательных
скважин может поддерживаться кислотными
обработками с меньшими объемами и
концентрациями закачиваемой кислоты, чем в
предыдущих обработках. Это представляется
возможным потому, что при последующих
обработках в слабокарбонатном пласте
слабоза-качиваемая кислота расходуется на
очистку призабойной зоны от привнесенных
при нагнетании воды частиц окиси железа и
механических примесей и в меньшей степени
реагирует с породой. Поэтому при повторных
КО для восстановления и поддержания
приемистости скважин в Предкарпатье объемы
кислоты могут быть меньшими, чем при
предыдущих обработках.
Таким образом,
если цель повторных обработок — повышение
приемистости или дебита скважин, то объем
кислоты необходимо увеличивать по
сравнению с объемами при предыдущих
обработках, если — восстановление
приемистости до прежнего уровня, то объемы
кислотного раствора могут быть даже
несколько снижены.
10.6.4. ПОИНТЕРВАЛЬНЫЕ
КИСЛОТНЫЕ ОБРАБОТКИ
Для увеличения
охвата разработкой многопластовых залежей
Предкарпатья в ряде случаев применяли
поинтервальные обработки. При
поинтервальных обработках воздействие на
пласт осуществляется снизу вверх с
постепенным отделением ранее обработанных
интервалов песчано-глинистыми пробками или
цементными мостами, а верхних интервалов —
пакером. В некоторых случаях вскрытие
вышезалегающих продуктивных горизонтов
производили только после обработки нижних
интервалов.
Применение такой технологии
имеет недостатки: большую длительность
(несколько месяцев) и высокую стоимость
обработки.
При поинтервальных
обработках возникают затруднения,
связанные и с увеличением давления при
закачке жидкостей в пласт. Так, по данным
шести поинтервальных обработок в нефтяных
скважинах средний градиент давления при
закачке кислоты составил 0,0194 МПа/м, а по 16
нагнетательным скважинам — 0,0185 МПа/м, что на
10-20 % выше средних градиентов при обработке
всего разреза.
Опыт показывает, что
после поинтервальных обработок происходит
изменение профиля приемистости и
увеличение закачки по сравнению с
приемистостью окружающих скважин.
Например, в скв. 100 Стр были вскрыты
совместно менилитовые и эоценовые
отложения в интервале 2356-2540 и 2741-2812 м. После
поинтервальной обработки эоценовых
отложений приемистость скважин
увеличилась от 70 до 150 м3/сут и по
данным исследования расходомером
установилась на уровне 121 м3/сут в
эоценовой залежи и 29 м3/сут в
менилитовых. Для увеличения приемистости
менилитовых отложений проведена
поинтервальная кислотная обработка с
помощью сдвоенных пакеров, после чего
приемистость скважины увеличилась до 230
м3/сут, а нагнетаемая вода стала
поглощаться менилитовой частью разреза.
Поэтому можно считать, что проведение
поинтервальных обработок еще не позволит
полностью решить вопрос увеличения
выработки запасов по разрезу.
Таким
образом, только путем комплексного решения
проблемы применения поинтервальной
обработки и внедрения одновременно
раздельной закачки можно будет добиться
увеличения охвата залежей
разработкой.
10
ПРОМЫСЛОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ
ТЕХНОЛОГИЙ УНП НА ОСНОВЕ ПДС И МПДС В
КАРБОНАТНЫХ КОЛЛЕКТОРАХ
10.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
СОСТОЯНИЯ РАЗРАБОТКИ ЗАЛЕЖЕЙ НЕФТИ В
КАРБОНАТНЫХ КОЛЛЕКТОРАХ
По мере
открытия и освоения разработкой новых
нефтяных месторождений в различных
нефтегазоносных районах России все более
заметную роль в развитии добычи нефти
начинают играть залежи в карбонатных
коллекторах. Такие залежи характеризуются
резкой неоднородностью
емкостнофильтрационных свойств (ФЕС)
коллекторов и, как результат, высокой
изменчивостью продуктивности скважин. При
этом неоднородность карбонатных пород
обусловлена в основном изменением
структуры пустотного пространства породы.
Несмотря на большую долю добычи нефти из
месторождений с карбонатными коллекторами
(около 20 %), значительная часть залежей с
такими породами остается вне промышленной
разработки из-за сложного геологического
строения, неопределенности с запасами
нефти, малодебитности и быстрого снижения
продуктивности скважин и др.
Тип
карбонатных коллекторов определяется
соотношением емкостно-фильтрационных
характеристик. На основе всего
многообразия типов карбонатных
коллекторов предложены различные варианты
их классификации. По А.В. Давыдову с
соавторами выделены [69, 92] следующие типы
карбонатных коллекторов: поровые,
трещинные и рифовые (рис. 10.1).
К
коллекторам порового типа приурочена
основная часть (77 %) разведанных запасов
нефти в карбонатных коллекторах
месторождений России. Залежи нефти с
поровым типом коллекторов широко
распространены на территории
респуб-
I (77%)
Рис.
10.1. Распределение балансовых запасов нефти
по типу карбонатного коллектора
[179].
Коллектор: 1 — поровый;
2 — смешанный; 3 —
трещиноватый; 4 — рифовый
лик
Башкортостан, Татарстан, Удмуртия, Коми,
Самарской, Оренбургской и Пермской
областей. Этот тип карбонатных коллекторов
на месторождениях указанных районов мало
отличается от терригенных и имеет хорошие
коллекторские свойства. Для него
характерна высокая пористость,
проницаемость, высокие темпы отбора нефти и
коэффициенты конечной нефтеотдачи.
К
смешанному типу отнесены коллекторы,
отличающиеся сложным строением и по
структуре пустотного пространства
характеризующиеся как
трещиновато-порово-каверновые. Широкое
распространение данный тип коллекторов
получил в Оренбургской области, в районах
Восточной Сибири и Якутии. В залежах со
смешанным типом коллекторов сосредоточено
около 7 % геологических запасов
нефти.
Залежи нефти с трещиноватым типом
коллектора широко развиты в верхнемеловых
отложениях Чеченской республики и в
Ставропольском крае. Залежи данного типа
массивные, содержат около 13 % геологических
запасов нефти России и характеризуются
относительно высокой
продуктивностью.
Отличительной
особенностью залежей, приуроченных к
рифовым массивам, является прежде всего
большое разнообразие
литолого-петрографической характеристики
пород, резкая изменчивость их
коллекторских свойств и обусловленный этим
сложный характер распространения пористых
и проницаемых зон внутри «резервуаров».
Такие залежи распространены на территории
Республики Башкортостан, в Архангельской
области, встречаются они также в
Волгоградской и Саратовской областях.
Запасы нефти в трещиноватых коллекторах
составляют 3 %.
В Татарстане к
карбонатным коллекторам приурочено около
20,4 % разведанных геологических запасов
нефти [51].
Карбонатный комплекс
Ромашкинского месторождения приурочен к
верейскому горизонту московского яруса,
башкирскому и серпуховскому ярусам
среднего карбона. Основные залежи
верейского горизонта, башкирского яруса и
серпуховского яруса, хорошо совпадающие в
структурном плане, приурочены к
юго-западной части Ромашкинского
месторождения.
В карбонатных отложениях
турнейского яруса основные промышленные
запасы нефти содержатся в кизеловском
горизонте. Залежи нефти приурочены к
небольшим локальным структурам третьего
порядка. Размеры залежей в основном
небольшие — от 0,75×2,0 до 4,0×2,75
км.
Нефтесодержащими являются пористые,
каверново-
пористые и
трещиновато-пористые разновидности
известняков толщиной от 0,4 до 8 м, залегающие
в верхней части ки-зеловского горизонта. По
литолого-петрографическим характеристикам
коллекторы сложены в основном комковатыми
и сгустковато-детритовыми известняками.
Средняя нефтенасыщенная толщина 3,0 м,
открытая пористость 11,9 %, проницаемость 0,029
мкм2, начальная нефтенасыщенность
пород 61,1 %. Как правило, кровельная часть
кизеловского горизонта сложена
уплотненными породами.
Продуктивные
пласты среднего карбона представлены
чередованием по разрезу
доломитизированных, крупнозернистых
желто-белых известняков со светло-серыми
кавернозными доломитами (серпуховский
ярус) и тонкослоистых зеленоватых
известковистых аргиллитов с серыми,
органогенно-обломочными известняками с
тонкими глинистыми прослойками.
Как
видно из данных табл. 10.1, нефтенасыщенная
толщина и коллекторские свойства,
представленных карбонатными породами
пластов нефтяных месторождений Республики
Татарстан изменяются в широком
диапазоне.
Изучению геологической
неоднородности пород-коллекторов нефтяных
месторождений Татарстана посвящены работы
многих исследователей. Показана высокая
геологическая неоднородность изученных
объектов.
Геолого-физические
параметры основных эксплуатационных
объектов нефтяных месторождений
Татарстана, приуроченных к карбонатным
коллекторам [57]
Месторождение |
Основной |
Нефтенасыщенная толщина, м |
Пористость пород, доли ед. |
Проницаемость пород, |
Начальная |
Ромашкинское |
Турнейский |
4,3 |
0,117 |
0,033 |
0,720 |
Ромашкинское |
Серпуховский |
5,6 |
0,159 |
0,065 |
0,788 |
Ромашкинское |
Башкирский |
4,5 |
0,133 |
0,086 |
0,758 |
Ромашкинское |
Верейский |
1,7 |
0,123 |
0,035 |
0,699 |
Бавлинское |
Турнейский |
6,4 |
0,116 |
0,031 |
0,750 |
Ново-Елховское |
Турнейский |
7,9 |
0,132 |
0,116-0,6 |
0,720 |
Ново-Елховское |
Башкирский + Турнейский |
3,6 |
0,112 |
0,10 |
0,615 |
Послойная неоднородность пластов
по проницаемости создает неравномерность
выработки запасов нефти по разрезу,
существенно влияет на характер обводнения
продукции скважин и является одной из
основных причин неполного охвата пластов
заводнением.
На процесс выработки
запасов нефти заводнением влияют не только
макронеоднородность объекта разработки,
характеризующаяся чередованием пород
коллекторов с практически непроницаемыми
породами, но и микронеоднородность,
характеризующаяся структурными,
текстурными и другими особенностями
строения объекта разработки.
В табл. 10.2
приведены сведения об остаточных запасах и
накопленной добыче нефти осадочного
палеозойского комплекса на территории
Республики Татарстан [51].
Пока освоены в
основном запасы нефти терригенного девона
и терригенной толщи нижнего карбона.
Освоенность потенциальных ресурсов нефти в
карбонатных коллекторах низкая и
составляет 8,1—9,4 %, хотя начальные
геологические запасы в этих коллекторах на
территории Татарстана достигают 20,4 % всех
запасов нефти в республике (см. табл.
10.2).
Как видно из приведенной таблицы,
остаточные извлекаемые запасы
углеводородного сырья в терригенных
отложениях на территории Республики
Татарстан в 2 раза превышают запасы в
карбонатных коллекторах.
В терригенных
коллекторах палеозойского комплекса
сосредоточены 57,5 % геологических и 42,2 %
извлекаемых запасов маловязкой нефти (табл.
10.3). Запасы высоковязкой нефти находятся в
терригенных коллекторах нижнего карбона и
в карбонатных коллекторах. Извлекаемые
запасы нефти
Распределение остаточных
запасов и накопленной добычи нефти
палеозойского осадочного комплекса на
территории Республики Татарстан на 01.01.97 г.
[51]
Величина показателя по коллекторам |
|||
Показатель |
всего |
терригенно-го |
карбонатного девона и карбона |
Накопленная добыча нефти, % |
100 |
98,0 |
2,0 |
геологические |
100 |
79,6 |
20,4 |
извлекаемые Текущие |
100 |
91,3 |
8,7 |
геологические |
100 |
70,4 |
29,6 |
извлекаемые |
100 |
66,5 |
33,5 |
Освоенность |
83,7 |
75,6 |
8,1 |
повышенной и
высокой вязкости в карбонатных коллекторах
в 4,4 раза больше, чем в терригенных [51]. Как
видно из табл. 10.3, накопленная добыча
маловязких нефтей из терригенных
коллекторов в Республике Татарстан
составляет 90,9 % от начальных извлекаемых
запасов.
Таким образом, дальнейшее
развитие добычи нефти в Республике
Татарстан связано с интенсивным освоением
за-
Таблица 10.3
Распределение
запасов накопленной добычи нефти из
коллекторов палеозойского осадочного
комплекса территории Республики Татарстан
по вязкости нефти на 01.01.97 г. [51]
Показатель |
Вязкость нефти |
||
До 10 мПа-с |
10-30 мПа-с |
Свыше |
|
Геологические запасы нефти в кол- |
|||
лекторах, %: |
|||
терригенного девона и |
57,5 |
7,7 |
34,8 |
карбона |
|||
карбонатного девона и |
0,1 |
51,1 |
48,8 |
Извлекаемые запасы нефти в кол- |
|||
лекторах, %: |
|||
терригенного девона и |
42,2 |
11,5 |
46,3 |
карбонатного девона и карбона |
0,1 |
50,6 |
49,3 |
Накопленная добыча нефти из кол- |
|||
лекторов, %: |
|||
палеозойского осадочного |
89,9 |
6,2 |
3,9 |
плекса |
|||
терригенного девона и |
90,9 |
5,7 |
3,4 |
карбона |
|||
карбонатного девона и |
0,1 |
52,5 |
47,4 |
пасов нефтей с повышенной и
высокой вязкостью в карбонатных
коллекторах и высокой вязкостью в
терригенных коллекторах.
Острая
необходимость совершенствования методов
разработки залежей нефти в карбонатных
отложениях обусловливается несколькими
причинами. Во-первых, это вызвано
постоянным увеличением доли запасов нефти
в карбонатных породах. Прогнозные ресурсы
нефти в них составляют более 60 %. Во-вторых,
возрастает доля запасов в карбонатных
породах в общем балансе остаточных запасов
разрабатываемых месторождений. В-третьих, и
это очевидно, эффективность разработки
залежей нефти в карбонатных отложениях до
сих пор остается низкой. Утвержденные ГКЗ
коэффициенты нефтеотдачи по карбонатным
коллекторам составляют 0,070,24, тогда как по
терригенным, при прочих равных условиях,
они равны 0,16-0,55.
Нефтяные залежи в
карбонатных коллекторах вполне правомерно
относятся к категории сложно построенных, а
запасы нефти в них — к трудноизвлекаемым.
Недостаточная изученность карбонатных
коллекторов связана в значительной мере с
тем, что карбонатные разрезы, в отличие от
терригенных, не поддаются достаточно
тонкому изучению геофизическими или
лабораторными методами.
Для повышения
эффективности разработки нефтяных залежей
в карбонатных коллекторах необходимо
выявить общие и специфические особенности
карбонатных коллекторов, отличающие их от
терригенных.
Одной из важных задач
освоения разработкой залежей нефти
является развитие способов улучшения
продуктивности скважин, создание и широкое
применение новых методов увеличения
конечной нефтеотдачи пластов, разработка
которых осуществляется в сложных
горно-геологических условиях.
10.2. ГЕОЛОГО-ФИЗИЧЕСКИЕ
ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ НЕФТЯНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ В
КАРБОНАТНЫХ КОЛЛЕКТОРАХ
Проблема
наиболее полного учета
физико-геологических особенностей
нефтяных залежей имеет большое значение
при обосновании целесообразности
применения технологий увеличения
нефтеотдачи на основе использования ПДС и
МПДС на залежах с карбонатными
коллекторами. Пренебрежение этими
особенностями может привести к ошибочным
решениям при выборе первоочередных
объектов и подборе химических реагентов,
закачиваемых совместно с ПДС. В связи с этим
проведем некоторое обобщение
опубликованной в научной литературе
информации о характерных особенностях
строения и коллекторских свойствах
карбонатных пород.
Залежи нефти и газа,
приуроченные к карбонатным коллекторам,
известны в России, в Татарстане,
Башкортостане, Оренбургской, Самарской,
Пермской областях и других районах
Волго-Уральской провинции, а также в
мезозойских отложениях Северного Кавказа.
В США ряд карбонатных толщ характеризуется
региональной нефтегазоносностью и
огромными запасами нефти и газа (свита
аракл, элленбергер, трентон и др.). В странах
Ближнего и Среднего Востока карбонатным
коллекторам принадлежит ведущая роль. В них
установлено около 70 % выявленных запасов
нефти. Все это подчеркивает возрастающую
роль карбонатных коллекторов в поддержании
высоких темпов добычи
нефти.
Карбонатные породы девона и
нижнего карбона Среднего Поволжья и
Заволжья представлены известняками,
доломитами, переходными между ними
разностями, а также смешанными
карбонатно-глинистыми или
глинисто-карбонатными породами (мергелями),
и, реже, магнезиальными
доломитами.
Основными
породообразующими минералами карбонатных
пород являются кальций и доломит. Магнезит,
сидерит и анкерит обычно встречаются в виде
включений (конкреций), которые образуются
при диагенетических
процессах.
Известняки, доломиты и
переходные разности часто содержат
глинистую, алевролитовую и песчаную
примеси. В зависимости от примеси
обломочного материала различают глинистый,
алевролитовый и песчанистый известняк и
доломит. Если в составе карбонатной породы
преобладает класти-ческий материал, то она
может называться алевролитом или
песчаником с известковым или доломитовым
цементом. Часто господствующей составной
частью в карбонатных породах являются
органические остатки и их обломки.
В
настоящее время общепринятой
минералогической классификации
карбонатных пород нет. Имеется
классификация карбонатных пород по
процентному содержанию породообразующих
карбонатных минералов (кальций, доломит,
магнезит) и глинистых пород, предложенная
А.М. Швецовым, С.Г. Вишняковым и В.Т. Фроловым
[91] (табл. 10.4).
Карбонатные породы
(известняки и доломиты) генетиче-
Порода |
Минералогический состав, % (по |
|||
Кальцит |
Доломит |
Магне зит |
Глина |
|
Известняк: чистый |
100-90 |
0-5 |
0-5 |
|
доломитистый |
95-70 |
5-25 |
— |
0-5 |
доломитовый |
75-45 |
25-50 |
— |
0-5 |
слабоглинистый |
95-85 |
0-5 |
— |
5-10 |
доломитистый слабоглини |
90-65 |
6-25 |
— |
5-10 |
стый доломитовый |
70-40 |
25-45 |
— |
5-10 |
глинистый |
80-70 |
0-5 |
— |
10-25 |
доломитистый |
85-50 |
5-25 |
— |
10-25 |
доломитовый |
65-25 |
25-45 |
— |
10-25 |
сильно |
75-45 |
0-5 |
— |
25-50 |
доломитистый сильно глини |
70-25 |
5-25 |
— |
25-50 |
стый (мергель доломитовый сильно глини |
50-25 |
25-38 |
25-50 |
|
стый Доломит: чистый |
0-5 |
100-90 |
0-5 |
|
известковистый |
5-25 |
95-70 |
— |
0-5 |
известковый |
25-50 |
75-45 |
— |
0-5 |
слабо |
0-5 |
95-85 |
— |
5-10 |
известковистый слабо глини |
5-25 |
90-65 |
— |
5-10 |
стый известковый слабо |
25-48 |
70-40 |
— |
5-10 |
глинистый |
0-5 |
90-70 |
— |
10-25 |
известковистый глинистый |
5-25 |
85-50 |
— |
10-25 |
известковый глинистый |
25-45 |
65-40 |
— |
10-25 |
сильно глинистый (мергель |
0-5 |
75-45 |
— |
25-50 |
доломитовый) известковистый |
5-25 |
70-45 |
— |
25-50 |
нистый |
25-38 |
50-25 |
25-50 |
|
стый доломитовый) слабо |
100-95 |
0-5 |
0-5 |
|
магнезитный |
— |
95-70 |
5-25 |
0-5 |
магнезитовый |
— |
75-45 |
25-50 |
0-5 |
магнезитный |
— |
90-65 |
5-25 |
5-10 |
магнезитовый |
— |
70-40 |
25-50 |
5-10 |
стый магнезитный сильно глини |
— |
70-45 |
5-25 |
25-50 |
стый (мергель магнезитовый сильно глини |
50-25 |
25-50 |
25-50 |
|
стый |
Порода |
Минералогический состав, |
|||
Кальцит |
Доломит |
Магне зит |
Глина |
|
Магнезит: |
||||
чистый |
— |
5-0 |
100-90 |
0-5 |
доломитистый |
— |
5-25 |
95-70 |
0-5 |
доломитовый |
— |
25-50 |
45-75 |
0-5 |
слабо |
— |
0-5 |
95-85 |
5-10 |
доломитистый |
— |
5-25 |
85-50 |
10-25 |
глинистый |
— |
0-5 |
80-70 |
10-25 |
доломитовый |
— |
25-45 |
65-40 |
10-25 |
сильно |
— |
0-5 |
75-45 |
25-50 |
доломитистый сильно глинистый |
5-25 |
70-45 |
25-50 |
|
доломитовый сильно глинистый (мергель Глина: |
25-38 |
50-25 |
25-50 |
|
чистая |
0-5 |
0-5 |
— |
100-95 |
слабо известковистая |
3-10 |
0-5 |
— |
95-90 |
известковистая |
5-25 |
0-5 |
— |
90-75 |
известковая (мергель глинистый) |
22-50 |
0-5 |
— |
75-50 |
доломитисто-известковистая |
5-20 |
5-12 |
— |
90-75 |
доломитисто-известковая (мергель |
12-45 |
5-25 |
75-50 |
|
слабо |
0-5 |
3-10 |
— |
95-90 |
доломитистая |
0-5 |
5-25 |
— |
95-75 |
доломитовая (мергель глинистый |
0-5 |
20-50 |
75-50 |
|
известковисто-доломитистая |
5-12 |
5-20 |
— |
90-75 |
известково-доломитовая (мергель |
5-12 |
12-45 |
75-50 |
ски весьма
разнообразны. По происхождению они могут
быть органогенными, химическими и
обломочными. Кроме того, в результате их
вторичных изменений (преобразование в
осадке и породе) происходит
перекристаллизация, замещение
(доломитизация, раздоломичивание,
окремнение, ожелез-нение, кальцитизация
песчаников, алевролитов, туфов и других
пород), грануляция (противоположный процесс
— распадение крупных кристаллов и
упорядоченных сферолитовой структуры
оолитов и скелетных остатков организмов на
мелкие беспорядочно ориентированные),
растворение с образованием пустот или
стилолитов, выщелачивание части пород и
образование доломитовой муки и т.д.
В
карбонатных породах выделяют [91, 92 и др.]
следующие основные типы пустот: поры,
каверны и пещерные полости, а
также
открытые трещины и полости стилолитовых
образований. Классификацию полостей
карбонатных пород в литературе приводят в
основном по Г.А. Максимову и В.М.Быкову (1966) с
учетом работы Г.И. Теодоровича и других (1958)
(табл. 10.5).
Как видно из табл. 10.5, в основу
классификации полостей карбонатных пород
положена геометрия пустотного
пространства карбонатных пород, от которой
существенно зависят их коллекторские
свойства.
Г.И. Теодорович в поровом типе
карбонатных коллекторов устанавливает
четыре вида структур: 1) микропоры
сообщаются между собой тонкими проводящими
канальцами (по генезису это поры
выщелачивания в доломитах); могут
встречаться в природе поровые доломиты
(мелкозернистые без проводящих канальцев);
2) широкие ходы сообщения более или менее
постепенно переходят в расширения порового
пространства (поры известняков,
доломитовых известняков детритусовой
структуры или доломитов с реликтовой
структурой; 3) макропоры сообщаются между
собой мелкими или
Таблица
10.5
Классификация полостей
карбонатных пород
Тип |
Вид |
Размер, мм |
Поры |
Микропоры Тонкие |
Менее 0,01 0,01-0,1 0,1-0,25 |
Каверны |
Каверны |
1,0- 10,0 |
Пещерные полости |
Микрокарсты Собственные карсты |
10-100 Более 100 |
Микротрещины |
Субкапиллярные Очень тонкие Тонкие Средние Крупные |
Менее 0,0001 |
Мегатрещины |
Мегатрещины или щели |
Более 100 |
Микростилолито-вые полости |
Микростилолитовые поры |
0,01-0,1 0,0001-0,1 |
Макростилолито-вые полости |
Стилолитовые поры |
0,1-1,0 1,0-10,0 0,1-1,0 |
тонкопористыми каналообразными
участками породы; 4) межзерновая пористость
— поры повторяют очертания значительной
части карбонатной породы (характерны в
доломитах, менее распространены в
доломитовых известняках).
В карбонатном
коллекторе основную роль в фильтрации
нефти, воды и газа играют сообщения между
порами. Согласно работам Д.С. Соколова, Л.П.
Гмид и других, формирование емкостного
пространства в карбонатных коллекторах
связано с процессами седиментации и
постседиментации. Первичная пористость
обусловлена седиментационными и
диагенетическими, а вторичная —
эпигенетическими процессами. Первичную и
вторичную пористость условно
устанавливают по структуре карбонатных
пород при их изучении под микроскопом.
Особенно эффективен в этом случае метод
изучения порового пространства в шлифах
при заполнении пустот каким-либо
окрашенным веществом. Однако считается, что
минералого-петрографический метод
изучения пород коллекторов не является
универсальным, ибо он не дает полного
представления о емкости породы. В этом
случае петрографический метод
подкрепляется данными, полученными при
изучении образцов карбонатных пород в
лабораториях физики нефтяного пласта и
обработки промыслово-геофизического
материала.
Первичную и вторичную
пористость карбонатных пород изучали
сотрудники ВНИГРИ (Л.П. Гмид, Н.В. Звоницкая,
Е.М. Смехов). Предложенная ими классификация
пористости карбонатных пород по
генетическим и морфологическим признакам
приводится на рис. 10.2.
Карбонатные
коллекторы по характеру емкости пустот с
учетом их размеров и генезиса разделяются
на четыре типа: поровый, каверновый,
трещинный и смешанный.
Поровый
коллектор. В поровых коллекторах по размеру
пустот выделяют несколько подтипов:
микропористые с диаметром пор менее 0,01 мм,
тонкопористые — от 0,01 до 0,1 мм, мелкопористые
— от 0,1 до 0,25 мм, среднепористые — от 0,25 до 0,5
мм и крупнопористые — от 0,5 до 1 мм. Его
емкость обязана пустотам между
минеральными зернами или фрагментами
породы. Во втором случае образуются пустоты
между оолитами, псевдооолитами,
фрагментами скелетных остатков,
обломочными карбонатными частицами и
др.
Каверновый коллектор. По размеру
пустот этот коллектор делится на подтипы:
каверновый с диаметром пор от 1 до 100 мм,
микрокаверновый — о т 10 до 100 мм и собственно
каверновый — более 100 мм. Каверновый
коллектор характе-
Унаследованная
но ранее образованным первичным или
вторичным норам
Вновь
образованная
_i=
В связи с диффузией
В |
|
трещинова |
|
тостью |
Рис. 10.2. Классификация
пористости карбонатных пород по
генетическим и морфологическим признакам
по Л.П. Гмид, Н.В. Звоницкой и Е.М.
Смехову
ризуется пустотами, которые
образовались в результате выщелачивания
карбонатных пород и парагенетических
включений и за счет пустот, которые
возникают после прекращения роста
инкрустации и т.п.
Трещинный коллектор.
Емкость этого типа пород образуется за счет
пустот трещины и стилолитовых пустот. В нем
выделяют два подтипа: трещинный коллектор
(фильтрация флюидов происходит только по
трещинам) и
трещинно-стилолитовый.
Смешанный
коллектор характеризуется сочетанием трех
разнообразных типов карбонатных
коллекторов. В природе распространены
главным образом четыре основных подтипа:
порово-трещинный (более 50 % трещинной
пористости от общего объема пор),
трещинно-поровый (более 50 % межзер-новых пор
от общего объема пор), карстово-трещинный
(более 50 % преобладают трещинные пустоты —
(более 50 % от общего объема пустотного
пространства) и трещиннокарстовый (более 50 %
карстовых пустот преобладают над общим
объемом пустотного
пространства).
Особое внимание
обращается на трещинные коллекторы, с
которыми связаны многие месторождения
нефти и газа.
Количественная оценка
проницаемости карбонатных пород по
геофизическим данным еще недостаточно
разработана. Для этой цели используют
параметр насыщения (Рн)- Однако из-за
низкой точности определения удельного
электрического сопротивления карбонатных
коллекторов этот метод не дает
удовлетворительных
результатов.
Проницаемость карбонатных
коллекторов определяют в зависимости от
пористости, которую устанавливают по керну.
Пористость для каждого интервала разреза
карбонатных пород оценивают и по
геофизическим данным. Проницаемость
трещинных карбонатных коллекторов
определяют гидродинамическими
методами.
При высокой поровой
проницаемости карбонатных коллекторов
(более 0,1 мкм2) появляется тесная связь
между открытой пористостью и
проницаемостью, а процесс вытеснения нефти
водой из высокопроницаемых карбонатных
коллекторов становится аналогичным
процессу вытеснения в высокопроницаемых
терригенных коллекторах [31, 174]. Это
объясняется тем, что при высокой
проницаемости карбонатных коллекторов
нивелируется разница в радиусах
фильтрующих каналов и крупных пор и
карбонатные коллекторы по строению
сближаются с терригенными.
Для
установления границ поровой проницаемости
карбонатных коллекторов, при которой
происходит изменение структуры их
емкостного пространства, В.Д. Викторов
проанализировал материалы по
месторождениям Пермской области по
определению удельной поверхности
карбонатных и терригенных коллекторов.
Изучение проводилось путем построения
удельной поверхности фильтрации,
приходящейся на единицу порового объема (на
1 % открытой пористости) в карбонатных и
терригенных коллекторах с одинаковой
проницаемостью: А5фуд. =
5ф„д./т, где 5ф.уд. —
удельная поверхность фильтрации,
см2/см3; m — открытая
пористость, %.
Такой прием позволил
автору установить расхождение в значениях
удельной поверхности фильтрации,
обусловленное разной величиной пористости
в карбонатных и терригенных коллекторах с
одинаковой поровой проницаемостью
кпор. Построение зависимости
А5ф.уд. = /(кпор) для
карбонатных и тер-ригенных коллекторов и
сравнение их друг с другом показало, что по
величине А5ф.уд. в карбонатных
коллекторах выделяются три границы,
соответствующие поровой проницаемости 0,1;
0,01 и 0,001 мкм2 (рис. 10.3).
Удельная
поверхность фильтрации — это интегральная
характеристика нефтяного коллектора, тесно
связанная со многими его свойствами, в
первую очередь с нефтенасыщенно-стью. Чем
меньше удельная поверхность, тем ниже
остаточная водонасыщенность коллектора и
тем выше его нефтена-сыщенность (рис. 10.3, б).
Более низкая удельная поверхность
фильтрации карбонатных коллекторов по
сравнению с терри-генными связана с
особенностью строения структуры
пустотного пространства (наличие редких
крупных пор).
Использование параметра
А5ф.уд. позволило В.Д. Викторову
дифференцировать карбонатные коллекторы
как по величине поровой проницаемости, так
и по строению пустотного пространства.
Схематическая классификация карбонатных
коллекторов, предложенная им, представлена
в табл. 10.6.
Для первой группы коллекторов
наблюдается тесная связь между открытой
пористостью и коэффициентом проницаемости.
Условия разработки залежей нефти,
приуроченных к карбонатным коллекторам
этой группы, близки к условиям разработки
терригенных коллекторов с высокой
проницаемостью.
Как видно из табл. 10.6, ко
второй группе относятся
среднепродуктивные карбонатные коллекторы
с поровой проницаемостью от 0,01 до 0,1
мкм2. Эти коллекторы преимущественно
трещинно-порового и трещинно-кавернового
типа.
Нефтенасыщенность пород этой
группы коллекторов несколько ниже, чем
терригенных, и равна 74 — 82 %. Нижний предел
открытой пористости составляет 8 — 10 %,
связь между открытой пористостью и
проницаемостью неустойчива. Условия
разработки залежей, приуроченных к
карбонатным коллекторам этой группы,
отличаются от условий разработки
терригенных пластов с такой же
проницаемостной неоднородностью
возможностью применения заводнения и
достижения более высокого коэффициента
извлечения нефти.
К третьей группе
относятся низкопродуктивные
(низкопроницаемые) карбонатные коллекторы
с поровой проницаемостью 0,001—0,01 мкм2
(см. табл. 10.6). Это коллекторы
преимущественно трещинно-кавернового и
трещинно-порового подтипов. Структура
пустотного пространства резко отличается
от структуры порового пространства
терригенных коллекторов. Удельная
поверхность фильтрации карбонатных
коллекторов этой группы возрастает по
сравнению с коллекторами второй группы с 700
до 1600 см2/см3. Вследствие этого
нефтенасыщенность карбонатных коллекторов
значительно выше, чем терригенных, и
составляет 57 — 74 % против 0 — 62 %. Нижний
предел открытой пористости 4 — 8 %. Связь
между пористостью и проницаемостью
отсутствует. Условия разработки этой
группы коллекторов резко отличаются от
условий разработки терригенных пластов с
такой же низкой проницаемостью тем, что
последние практически уже не являются
промышленными объектами эксплуатации, в то
время как карбонатные пласты могут
разрабатываться даже с применением
заводнения.
К четвертой группе
относятся потенциально продуктивные
(непроницаемые) карбонатные коллекторы с
поровой проницаемостью менее 0,001 мкм2
(см. табл. 10.6). Это коллекторы
преимущественно
трещинно-каверново-порового типа, хотя
нередко встречаются порово-трещинные
подтипы. Структура пустотного пространства
наиболее типична для монолитных
карбонатных толщ с низкой открытой
пористостью, нижний предел которой
составляет 2 — 4 %, а верхний — 10 — 15 %. Радиус
фильтрационных каналов равен 2 — 3 мкм при
радиусе каверн 500 мкм и выше. Удельная
поверхность пород
Рис. 10.3. Зависимость
поровой проницаемости Анор (а)
и коэффициента начальной
нефтенасыщенности (<гн.н.) от удельной
поверхности фильтрации единиц порового
объема AS^/l карбонатных и
терригенных коллекторов месторождений
Пермской области по В.Д. Викторову
[31]:
Коллекторы (для а): 1 —
карбонатные; 2 — терригенные; I, II,
III, IV — группы карбонатных коллекторов
(см. табл. 10.6)
Коллекторы |
Прони цаемость, мкм2 |
Радиус |
Радиус пор и каверн, мкм |
|
Группа |
Тип, |
|||
I. II. III. IV. |
Каверновый, верново-поровый, поровый Трещинно-поро- вый, трещинно- каверновый Трещинно-кавер- новый, но-поровый Трещинно-кавер- ново-поровый |
>0,1 0,1-0,01 0,01-0,001 <0,001 |
14-20 и выше 14-5 5- 3- 2 и ниже |
20-500 140-500 300-500 500 |
возрастает до 2150
см2/см3. Пустоты в этой группе
коллекторов крупные, и нефтенасыщенность
составляет 38-57 %. По-ровые терригенные
породы с такой проницаемостью, как правило,
промышленной нефти не содержат. Условия
разработки залежей нефти, приуроченных к
карбонатным коллекторам четвертой группы,
наиболее сложны и обусловлены
исключительно наличием трещинной
проницаемости. Успешная разработка залежей
с применением заводнения в таких
коллекторах осуществляется при наличии
естественного аномально высокого
пластового давления, обусловливающего
достаточную раскрытость естественных
трещин во всем продуктивном объеме. При
обычном гидростатическом пластовом
давлении трещиноватость проявляется слабо,
и коллекторы четвертой группы принято
считать непроницаемыми, содержащими
неподвижную нефть.
В реальных условиях
карбонатные толщи обычно бывают сложены
всеми выделенными группами коллекторов.
Например, И.Л. Ханин с соавторами [174]
отмечают, что в продуктивных карбонатных
толщах на месторождении Урало-Поволжья на
долю непроницаемых коллекторов (четвертой
группы) приходится от 15 до 62 %
нефтенасыщенного объема, которые часто не
включают в подсчет запасов. О доле
высокопроницаемых коллекторов можно
судить по результатам потокометрических
исследований, показывающих, что наиболее
проницаемые коллекторы содержат до 25-30 %
запасов нефти.
Важнейшей особенностью
карбонатных коллекторов явля-
Нижний предел |
Удельная поверхность фильтрации |
Начальная |
||
карбонатного |
терригенного |
карбонатного |
терригенного |
|
10-15 |
100-250 |
40-250 |
90-82 |
90-82 |
8-10 |
250 — 700 |
250-1450 |
82-74 |
82-62 |
4-8 |
700- 1600 |
1450-4000 |
74-57 |
62-0 |
2-4 |
1600-2150 |
4000 — |
57-38 |
0 |
ется наличие
трещиноватости. Влияние трещиноватости на
фильтрационные свойства карбонатных
коллекторов порово-го и кавернового типов и
на условия извлечения из них нефти изучено
недостаточно хорошо, несмотря на большое
число работ, посвященных проблеме
трещиноватости карбонатных пород [6, 24, 26, 57,
60, 83, 114, 138, 188].
В карбонатных коллекторах,
как показано в приведенных работах,
преобладает вертикальная тектоническая
трещиноватость. Вертикальные трещины
удерживаются в раскрытом состоянии под
воздействием боковой составляющей горного
давления.
Исследованиями отечественных
и зарубежных авторов установлено, что для
осадочного чехла платформенных областей
наиболее характерен случай упругого
напряженного состояния при отношении
горизонтальной составляющей напряжения
(бокового горного давления) к вертикальной
(к вертикальному горному давлению), равном
0,2-0,5 [31, 174]. Эта величина называется
коэффициентом бокового распора кбок.
Используя кбок, запишем условие
существования в карбонатных пластах
открытых вертикальных трещин:
bj
> 0 при Рпл ^ Рбок, Рбок кбок *
Ргор, (10Л)
где Ьт —
раскрытость трещин; рпл — пластовое
давление; рбок — боковое горное
давление; ргор — вертикальное полное
горное давление.
Коэффициент бокового
распора определяют через коэффициент
Пуассона v карбонатной породы [31], а
раскрытость вертикальных трещин в
призабойной зоне скважин — из следующего
выражения:
Ьт = (16,5Лт/?)(рпл —
Рбок), (10.2)
где Лт —
толщина пласта, см; Е — модуль упругости,
МПа; Рбок = ^/(1^)]рГОр, МПа.
Особое
значение для упругой характеристики
карбонатных коллекторов имеет коэффициент
Пуассона, позволяющий определять
коэффициент бокового распора по
формуле
Рбок = v/(1-v). (10.3)
В
работе [31] была получена для карбонатных
коллекторов башкирского яруса Пермской
области корреляционная зависимость между
коэффициентом Пуассона и полной
пористостью шабс в виде
v = 0,36 —
0,003-шабс.
(10.4)
Используя приведенные
зависимости (10.2), (10.3) и (10.4) В.Д. Викторов
выполнил дифференциацию карбонатного
разреза Западного месторождения по
раскрытости трещин Ьт и по
коэффициенту бокового распора кбок
(рис. 10.4).
Сопоставление бокового горного
давления каждого слоя с пластовым
давлением дает представление о
коэффициенте охвата разреза
трещиноватостью N представляющем собой
отношение суммарной толщины трещиноватых
слоев, в которых пластовое давление выше
бокового горного давления, ЕЛт, к
общей толщине всех слоев в разрезе ЕЛ :
Nr = = (ЕЛТ / Ел) < 1.
Процесс
охвата всего карбонатного разреза
трещиноватостью может осуществляться
только при условии равномерного роста
пластового давления во всем карбонатном
массиве, включая породы с очень низкими
пористостью и проницаемостью.
На
месторождениях Урало-Поволжья с нормальным
пластовым давлением процесс развития
трещиноватости во всем карбонатном разрезе
можно создать только искусственно -путем
длительного нагнетания воды или газа в
законсервированную залежь.
Зоны
естественной трещиноватости в промысловой
практике выделяют различными методами.
Наиболее распространенный из них —
трассировка линий трещиноватости по
аномально высоким дебитам скважин,
аномально низкому или аномально высокому
пластовому давлению в добывающих
скважинах, по взаимовлиянию скважин, темпам
обвод-
Рис.
10.4. Дифференциация карбонатного разреза
Западного месторождения по коэффициенту
бокового распора *б<ж и раскрытости
вертикальных трещин Ьт
[31]:
а — слои (1—10),
содержащие открытые вертикальные трещины
при начальном пластовом давлении; б
— раскрытость трещин; N — коэффициент
охвата разреза трещиноватостью
нения
скважин, давлению гидроразрыва пластов,
направлению и скорости движения
индикатора, закачанного в
пласт.
Геолого-промысловыми
исследованиями и анализами кернов
установлена послойная и зональная
неоднородность карбонатных коллекторов по
степени охвата их открытой вертикальной
трещиноватостью.
От раскрытости трещин
и их густоты зависит значение трещинной
проницаемости кт, которая составляет
часть общей проницаемости коллектора,
обусловленной наличием в нем трещин.
В
соответствии с работой Ф.И. Котяхова [109]
можно записать
кт =
8,5*106тт bT2,
(10.5)
где тт —
трещинная пористость; тт =
ЬтГс (Гс — густота системы
трещин каждого структурного уровня,
м-1).
С учетом густоты трещин
формула (10.5) запишется в виде
кт =
8,5*106 bT3 Гс.
(10.6)
Из выражения (10.6) следует,
что трещинная проницаемость прямо
пропорциональна кубу раскрытости трещин и
их густоте. Проведенные расчетные
зависимости трещинной проницаемости
подтверждены прямыми исследованиями
[31].
Для определения проницаемости,
обусловленной трещинами более высоких
уровней, В.Д. Викторовым использованы
результаты гидродинамических исследований
скважин по 16 месторождениям Пермской и
Самарской областей, обработанные по
формуле
кт кквд
кпорг
(10.7)
где кквд
— проницаемость, определенная по кривым
восстановления забойного давления (КВД);
кпор — проницаемость, определенная по
керну.
Диапазон изменения трещинной
проницаемости по отдельным залежам (по В.Д.
Викторову) составляет 0,01-0,22 мкм2. Для
вычисления ее среднего значения по
промысловым данным составлен график (рис.
10.5), на котором зависимость между
общей и поровой
проницаемостью
описывается
уравнением
коб
= кпор + к = кпор + 0,053,
(10.8)
где коб —
общая проницаемость,
равная сумме
поровой и
трещинной
проницаемости.
Гидродинамическими
исследованиями на
месторождениях
Пермской области
установлен экспоненциальный характер
зависимости трещинной проницаемости
карбонатных коллекторов от разности между
пластовым и боковым давлением (рис.
10.5).
кт = к0езРт(Рпл
-Рбок), (10.9)
где к0
— начальная трещинная проницаемость,
равная проницаемости микро- и мезотрещин в
шлифах.
Выражение (10.9) показывает, что
трещинная проницаемость не остается
постоянной, а изменяется в большую или
меньшую сторону при соответствующем
изменении пластового давления. Темп этого
изменения определяется утроенной
величиной коэффициента сжимаемости трещин
рт.
Одной из особенностей строения
карбонатных коллекторов является более
сложная послойная неоднородность. Сложное
строение карбонатных коллекторов залежей
Урало-Поволжья — уже общепризнанный факт,
который надежно подтверждается
промысловыми данными [31, 51, 57, 174 и др.].
Сложное строение карбонатных пластов
обусловило такое же послойное изменение их
фильтрационно-емкостных
Рис.
10.5. Зависимость между общей кл
(по промысловым данным до солянокислотной
обработки) и поровой кпор (по керну)
проницаемостью для разных групп
карбонатных коллекторов месторождений
Пермской области [31]:
свойств (ФЕС), как
и в терригенных коллекторах. Однако, в
отличие от терригенных коллекторов, в
карбонатных коллекторах ФЕС изменяются в
значительно более широких пределах, в
результате чего средняя пористость и
особенно средняя проницаемость каждого
структурного слоя могут существенно
отличаться от средних значений для всего
продуктивного разреза.
Площадная
(зональная) неоднородность карбонатных
коллекторов выражается, в первую очередь,
формой расположения высокопродуктивных
зон по площади нефтяных залежей и долей
запасов нефти в них от всех запасов.
Высокопроницаемые и слабопроницаемые зоны
в пределах каждого нефтяного пласта — это
самостоятельные эксплуатационные объекты,
требующие разного подхода при выборе
систем разработки.
Особенности строения
карбонатных коллекторов месторождений
Татарстана исследованы в работах [31, 51, 57, 134,
154 и др.]. Кизеловско-черепетские отложения
верхнетурней-ского подъяруса являются
регионально нефтеносными на большей части
территории востока Татарстана. Карбонатные
пласты кизеловско-черепетских отложений
характеризуются пористостью, равной 10,8-15,0 %
(в среднем 11,8 %) проницаемостью (6-90)*10-3
мкм2 (в среднем 42*10-3 мкм2).
Пласты-коллекторы представлены
известняками комковатыми и
сгустково-детритовыми, являющимися
коллекторами порово-го типа. Полезная
емкость в них определяется первичной
пористостью и вторичными процессами
выщелачивания. Лучшие коллекторские
свойства имеют комковатые известняки.
Средняя пористость их составляет 14,7 %,
проницаемость 57*10 3 мкм2.
Неплотная укладка породосоставляющих
элементов, слабая цементация, наличие
обломочного материала обусловливают
высокую первичную пористость комковатых
известняков. Структура их порового
пространства напоминает структуру пор
песчаников.
Сгустково-детритовые
известняки представлены слабо
сцементированными детритом и сгустками,
реже комками мелкозернистого кальцита.
Средняя пористость равна 10,2 %, про
-ницаемость 1,9*10-3 мкм2.
Продуктивные пласты сложены плотными
породами структурно-генетического типа:
известняками шламово-детритовыми,
фораминиферово-сгустковыми и доломитами.
Плотные разности составляют значительную
(20-80 %, в среднем 33 %) часть продуктивного
горизонта.
По данным геофизических и
гидродинамических исследований
коллекторские свойства отложений
верхнетурнейского подъяруса в 5-10 раз выше,
чем по керну. Это свидетельствует о
значительной роли трещиноватости
пород.
Верей-башкирские отложения
являются регионально нефтеносными на
большей части востока Татарии. Они
представлены в основном органогенными,
реже органогенно-детритовыми,
органогенно-обломочными и зернистыми
известняками с подчиненными прослоями
доломитов. Тип коллектора —
трещиновато-поровый. Пористость по керну
изменяется от 0,5 до 21 %, составляя по
большинству залежей 10-15 %, проницаемость — от
2-10-3 до 150-10-3 мкм2. Поры
соединены между собой поровыми каналами и
микротрещинами, трещинная проницаемость
изменяется от 1 до 13-10-3
мкм2.
Породы-коллекторы
башкирского яруса имеют пористость 10-22 %,
проницаемость от 10 до (300 — 400)-10-3
мкм2. Плотные прослои играют важную
роль в строении залежей. По различным
месторождениям доля коллекторов
колеблется от 58 до 80 %, составляя в среднем 70
%. Залежи нефти в основном массивного
типа.
Карбонатные пласты верейского
горизонта по литологическому составу
близки к башкирским отложениям, по
фильтрационно-емкостным свойствам
отличаются более высокой пористостью (10-22,7
%, в среднем около 16 %) и проницаемостью (от 10
до 1185-10-3 мкм2, в среднем около
150-10-3 мкм2). Тип коллектора
преимущественно порово-трещинный, залежей —
пластовый. В верейских отложениях
выделяются до семи пластов.
Разработка
рассматриваемых пластов осложняется также
ухудшенными физико-химическими свойствами
пластовой нефти. Так, давление насыщения
пластовой нефти залежей среднего карбоната
изменяется от 0,6 до 3,85 МПа, вязкость — от 37 до
550 мПа-с, плотность — от 852 до 949 кг/ м3,
газовый фактор — от 2,6 до 10 нм3/т.
Пластовое давление равно 8-9 МПа, пластовая
температура около 21 °С. В поверхностных
условиях параметры нефти следующие:
плотность 880-966 кг/м3, массовое
содержание парафинов 2,5
3,5 %, асфальтенов
3-12 %, серы 2,5-5 %. Нефть бывает разных типов:
парафинистых, сернистых и смолистых. Выход
светлых фракций при разгонке до
температуры 100 °С колеблется от 0,3 до 5 %, до
температуры 200 °С — от 10 до 20 %, до температуры
300 °С — от 25 до 40 %. Содержание азота в
нефтяном газе не более 60 %.
К локально
нефтеносным карбонатным отложениям
относятся семилукские, бурегские, елецкие,
данково-лебедянские отложения
карбонатного девона, заволожские,
малевско-упинские, алексинские,
намюр-серпуховские породы нижнего карбона,
каширские, подольские, мячковские
отложения среднего карбона. На различных
участках промышленное значение имеют
отложения определенных горизонтов. На
востоке и юго-востоке Южно-Татарского свода
нефть чаще встречается в карбонатных
отложениях девона и практически
отсутствует в отложениях среднего карбона.
На западном склоне Южно-Татарского свода и
восточном борту Мелекес-ской впадины
нефтеносность карбонатных коллекторов
отмечается в более молодых локально
нефтеносных горизонтах: малевско-упинских,
алексинских, а затем и в каширских
отложениях.
Основная часть выявленных
залежей нефти сконцентрирована во
франско-турнейском нефтегазоносном
комплексе. Они контролируются локальными
поднятиями тектонического и
седиментационно-тектонического типов.
Размеры залежей изменяются от 0,5×1 до 2,5×3 км.
Этаж нефтеносности залежей достигает 60-90 м.
Около 15 % залежей относятся к
пластово-сводовым, 22,5 % — к пластово-сводовым
с литологическим экранированием, остальные
— к массивным или слоисто-массивным.
Остальные залежи в локально нефтеносных
горизонтах карбона имеют ограниченное
развитие, небольшие размеры и ограниченный
этаж нефтеносности.
Определение
начальных геологических запасов нефти, как
правило, в карбонатных коллекторах
производится объемным методом. Однако при
этом часто невозможно обеспечить
достаточную точность оценки запасов из-за
сложности расчета объемов пор пласта. В
таких случаях наиболее эффективным
способом определения (вернее уточнения)
геологических (балансовых) запасов нефти в
залежах нефти по данным их разработки
является применение уравнений
материального баланса. Полученные
результаты контролируются при расчете
запасов на несколько дат разработки
рассматриваемой залежи, а для реализуемой
системы разработки указанным способом
определяются геологические запасы нефти,
которые могут быть охвачены существующей
сеткой скважин и применяемым воздействием
на пласт. С другой стороны, определение
уравнений материального баланса требует
существенного снижения или повышения
текущего пластового давления в объекте
подсчета запасов (не менее 15- 20 % начального
давления) при тщательном контроле за
добываемой продукцией и пластовым
давлением по скважинам. Последнее
необходимо для определения
средневзвешенного давления по объему
залежи. Условие снижения давления может не
выполняться при поддержании давления с
помощью искусственного заводнения или
проявления естественного эффекта
водонапорного режима.
Для условий
смешанного режима или режима растворенного
газа уравнения материального баланса
приведены в работе [31].
Для составления
уравнения материального баланса
выписываются объемы нефтенасыщенного
порового объема залежи на момент
известного среднего пластового давления
рпл(?) в залежи. Изменение давления
составит Дрпл = рпл0 —
рпл№ (при снижении давления со знаком
«+ », при росте — со знаком « — »), рпл0
— начальное пластовое давление.
Объем
порового пространства занятой нефтью
залежи эксплуатируется при упругом режиме,
при снижении пластового давления на
величину Др он составит
Онгз =
Рн(РпЛ0) (1 — РсДрпл) 1-,
(10.10)
рн.д. 1
асв
где Онгз — начальные
геологические запасы нефти, т;
вн(рпл0) —
отношение объемного
коэффициента
пластовой
рн.д.
нефти
при начальном пластовом давлении рпл0
к плотности дегазированной
нефти;
Рн(рпл0)
Рн.нас [1
Рн(рпл0
рнас)],
рс —
объемный коэффициент упругости порового
пространства; асв — насыщенность пор
пласта связанной водой.
Связанная вода в
залежи к этому времени расширится до
величины
Онгз = Рн(рпл0)
(1 + РвДрпл)-^^,
(10.11)
рн.д 1 —
асв
где рв — объемный
коэффициент упругости воды.
Кроме того,
объем ранее нефтенасыщенного порового
пространства сокращается на объем
вторгшейся в залежь воды QBt.b(0 к
рассматриваемому времени, за вычетом
накопленной добычи воды из
залежи:
[Овт.в(^) — Ов.доб(?)](1 — Рврпл.изб),
(10.12)
где рпл.изб =
рпл0 — Дрпл — р0 —
избыточное давление в залежи на момент
t.
В формуле (10.12) р0 — атмосферное
давление.
Текущий объем порового
пространства залежи, занятой нефтью к
моменту t, можно выразить и через остаточные
геологические запасы нефти при текущем
пластовом давлении в виде
[Онгз —
Он.доб№] Ю(РпЛТек),
(10.13)
рн.д.
где
®(рпл.тек)
®(рпл0)-(1 +
РнАрпл).
(10.14)
Балансовое
уравнение получают, вычитая из уравнения
(10.10) уравнения (10.11) и (10.12), которые
представляют собой эффекты системы и
вторжения воды, приравниваемого к
остаточным запасам нефти (10.14).
После
преобразования, с учетом приведенного
замечания, можно получить следующее
уравнение материального
баланса:
Q = (1 ~Рсв) {ОмобИ — (1 +
РнАрпл) —
(1 — Рсв)(1 + Рн
Арпл) +
рн.д
—
[QBT.B(t) — Ов.доб (t)] (1 —
Рв — рпл.изб)}
Рн рпл0
_. (10.15)
+ ^св(1 +
РвАрпл) — (1 +
РсАрпл)
Очевидно, в
уравнение (10.15) требуется ввести как
независимую величину накопленного
вторжения воды в залежь к моменту t. Для
определения указанной величины
рекомендуется использовать известные
уравнения притока воды к залежи, как
укрупненной скважине, вначале для
бесконечного пласта (в первой фазе упругого
режима), а затем для замкнутой водонапорной
системы (во второй фазе упругого режима).
Для первых двух-трех лет разработки залежей
целесообразно уточнять фильтрационные
свойства внешней водонапорной системы
путем сопоставления фактического и
расчетного значений снижения пластового
давления по данным разработки.
Для
уточнения начальных балансовых запасов
нефти в залежах с карбонатными
коллекторами по данным эксплуатации
возможно применение некоторых
статистических методов прогнозирования
показателей разработки.
10.3. ОСОБЕННОСТИ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАЗРАБОТКИ ЗАЛЕЖЕЙ НЕФТИ
В КАРБОНАТНЫХ КОЛЛЕКТОРАХ
При
начальном проектировании разработки новых
залежей детали геологического строения,
как правило, неизвестны. Тем не менее,
первые технологические схемы разработки
должны быть достаточно гибкими, чтобы
впоследствии их можно было бы легко
привести в соответствие с особенностями
внутреннего строения залежей. Для этого в
технологических схемах рекомендуется
учитывать наиболее характерные
особенности карбонатных коллекторов, так
или иначе проявляющиеся при разработке уже
изученных залежей.
По залежам нефти,
приуроченным к карбонатным коллекторам,
обычно отмечаются ухудшение коллекторских
свойств и повышение вязкости нефти вблизи
водонефтяного контакта, иногда —
практически полная изолированность залежи
от внешней водонапорной системы. Это в
первую очередь необходимо учитывать при
обосновании системы заводнения.
В связи
с тенденцией ухудшения коллекторских
свойств в водонефтяной зоне неэффективными
оказываются системы законтурного и
приконтурного заводнения, а также закачка
воды под подошву залежей.
Особенностью
геологического строения залежей
объясняется и то, что часто разработка даже
небольших по размерам объектов
неэффективна без поддержания пластового
давления.
Как показал опыт эксплуатации
нефтяных месторождений Самарской и
Оренбургской областей, залежи в
карбонатных коллекторах можно успешно
разрабатывать при внутрикон-турном
заводнении. Это положение подтверждается
на опыте разработки ряда месторождений
Самарской, Оренбургской и Пермской
областей и Республики
Башкортостан.
Механизм вытеснения нефти
водой в карбонатных коллекторах изучен
значительно хуже, чем в терригенных.
Условия разработки карбонатных
коллекторов более сложны, чем терригенных,
поэтому специалисты высказали
предположение о том, что процесс вытеснения
нефти в карбонатных пластах протекает
иначе, следовательно, методики
прогнозирования показателей заводнения и
нефтеотдачи, используемые при
проектировании разработки терригенных
коллекторов, неприменимы для
карбонатных.
Важным элементом системы
разработки является схема размещения и
плотность скважин. Выбор плотности сетки
скважин — одна из самых трудных задач,
которую приходится решать при составлении
первых технологических схем разработки
залежей в карбонатных коллекторах. В
основном это объясняется отсутствием
четких универсальных зависимостей между
плотностью сетки скважин и конечной
нефтеотдачей в карбонатных
коллекторах.
По данным анализа
разработки опытных участков ряда
месторождений Татарстана изучено влияние
плотности сетки скважин на нефтеотдачу для
карбонатных коллекторов [57].
Полученные
экспериментальные значения описываются
зависимостью
П = 0,249-
e-0‘011s1‘5,
(10.16)
где п — коэффициент
нефтеотдачи; S — плотность сетки
скважин, га/скв. Корреляционное отношение
равно 0,7, погрешность уравнения — 6,7
%.
Путем группирования объектов
разработки с использованием метода главных
компонентов проводили [51, 57] статистическую
обработку кривых п = f(S по однородным
объектам. При этом из рассмотренных
объектов выделяли группы объектов, две из
которых наиболее представительны
(соответственно семь и пять объектов).
По
первой группе получено уравнение
регрессии
П = 0,28-
e-0‘1109s1‘5 (10.17)
с
корреляционным отношением 0,94.
По виду
полученных зависимостей, приведенных на
рис.
10.6, сделано заключение, что
наибольший прирост нефтеотдачи при
уплотнении сетки скважин приходится на
интервал изменения плотности от 5 до 15
га/скв. Влияние уплотнения уменьшается при
плотности сетки скважин менее 5 га/скв.
Максимальное значение коэффициента
нефтеотдачи наблюдается при плотности
сетки скважин 9,5 га/скв.
Рис.
10.6. Зависимость конечного коэффициента
нефтеотдачи карбонатных пластов п от
плотности сетки скважин S
[169]:
неоднородный объект: п = 0,249-
е
б и в — соответственно
пер
1,5
а
s1,5
вая и
вторая группа однородных объектов: п = 0,28- е
0,1
С целью оценки
оптимальной плотности сетки скважин для
условий карбонатных залежей Татарстана
была выполнена серия технико-экономических
расчетов [4, 90], которые показали, что
оптимальная плотность для рассматриваемых
случаев находится в пределах 9-14 га/скв.
Отмечается, что максимальный
народнохозяйственный эффект получается
при более плотных сетках скважин, при более
высоких удельных запасах на скважину.
В
работах [57, 169] показано, что при сетке
26,6-104 м2/скв в разработку
вовлекается 61,6 % балансовых запасов нефти, в
том числе 100 и 77,6 % запасов из коллекторов со
средней поровой проницаемостью
соответственно 0,2 и 0,1 мкм2. Запасы
нефти в коллекторах со средней
проницаемостью 0,05 мкм2 вовлекаются в
разработку на 37 %, а с проницаемостью 0,01 и 0,001
мкм2 — только на 14 и 11 %
соответственно.
Очевидно, такая
плотность сетки скважин может оказаться
оптимальной для первоначального
разбуривания залежи. Бурить сразу плотную
сетку скважин нерационально, так как для
высокопроницаемых зон она не нужна и на них
может быть пробурено много лишних скважин.
Бурить редкую сетку скважин можно, но
появляется опасность пропуска таких
деталей внутреннего строения пластов, без
которых очень трудно, а может быть
невозможно произвести усовершенствование
первой системы разработки и увеличить
коэффициент извлечения
нефти.
Разбуривание плотными сетками
скважин средне- и низкопроницаемых зон
можно осуществить только после бурения
первой редкой сетки скважин и точного
установления границ зон площадной
неоднородности карбонатной
толщи.
Окончательное решение об
очередности разбуривания залежей,
плотности первоначальной сетки скважин и
возможности уплотнения сетки на средне- и
низкопроницаемых зонах следует принимать
на основании технико-экономических
расчетов, которые, в свою очередь, должны
базироваться на опыте разработки
месторождений с аналогичными
геологофизическими характеристиками.
В
работах Р.Х. Муслимова, Р.Г. Галеева, Р.Г.
Абдулмазито-ва, Р.Т. Фазлыева и других
ученых было показано, что карбонатные
залежи Татарстана отличаются от
аналогичных залежей Урало-Поволжья более
высокими темпами обводнения и относительно
большим водонефтяным фактором при
соответствующей степени промывки, что
обусловлено значительной вязкостью
добываемой нефти, небольшими размерами
залежей, низкими коллекторскими
характеристиками и др.
Одновременно с
вводом этих залежей в разработку были
начаты опытные работы по заводнению
карбонатных коллекторов турнейского яруса.
В результате анализа указанных работ, на
опытных участках были выявлены следующие
положительные эффекты традиционных
методов заводнения: стабилизация и рост
пластового давления и дебита добывающих
скважин. Однако были отмечены и
отрицательные последствия заводнения: в
водонагнетательных скважинах воду
принимали интервалы небольшой толщины
(примерно 25 % перфорированной толщины
отложений); по отдельным наиболее
проницаемым интервалам разреза происходил
быстрый прорыв воды; повышение давления
нагнетания приводило к раскрытию
вертикальных трещин, что способствовало
обводнению добывающих скважин или уходу
воды под залежь без совершения полезной
работы по вытеснению нефти. Результаты
анализа разработки этих залежей показали
также, что ожидаемый коэффициент
нефтеотдачи при существующих плотностях
сетки скважин не превышает 15 %.
В
результате практической реализации
основных задач целевой программы по
комплексному изучению залежей нефти в
карбонатных коллекторах были проведены
опытнопромышленные работы [114].
Опытные
работы показали принципиальную
возможность вытеснения нефти водой в
карбонатных коллекторах. Применение
методов ППД способствует интенсификации
разработки и вводу в нее дополнительных
запасов. Поддержание на достаточно высоком
уровне энергетического состояния залежей
увеличивает эффективную продолжительность
применения методов увеличения дебитов
скважин.
В результате наблюдений за
характером продвижения фронта
закачиваемой воды установлено, что она
распространяется преимущественно в
определенных направлениях. Для повышения
коэффициента охвата заводнением в таких
случаях рекомендуется применять рядные
системы заводнения с ориентацией рядов
между основными направлениями трещин.
Применительно к массивным залежам с целью
повышения эффективности заводнения
предлагается вытеснять нефть с созданием
гидродинамического подпора подошвенных
вод.
Анализ опробования скважин,
вскрывших карбонатные коллекторы, позволил
установить, что без солянокислотной
обработки их дебит обычно не превышает 1
т/сут, т.е. эксплуатация таких скважин без
ОПЗ не эффективна.
Основными методами
обработки призабойной зоны в карбонатных
коллекторах месторождений Татарии
являются солянокислотное воздействие и
создание забойных каверн многократными
кислотными ваннами.
Дебиты нефти после
ОПЗ по созданию каверн увеличиваются в
среднем в 1,7 , жидкости — в 1,8 раза.
Продолжительность эффекта — 8 — 13 мес без
учета естественного снижения дебита
скважины. Одновременно наблюдается
увеличение дебита воды. Падение дебита
нефти после достижения максимума в
основном обусловлено обводнением
добываемой продукции. Дебит жидкости после
достижения максимального значения
стабилизируется на уровне, в 1,5 раза
превышающем прежний.
Как показала
практика создания забойных каверн, их
эффективность зависит от дебита скважины
до обработки. Наибольшая эффективность
получена от обработок скважин с дебитом до 5
т/ сут.
Анализ промысловых данных
показал, что солянокислотная обработка
дает наибольший эффект в скважинах,
обводненность которых до ОПЗ не превышала 20
%, а при создании забойных каверн наибольший
эффект получен в скважинах, где
обводненность до ОПЗ не превышала 40
%.
Снижение эффективности
каверн-накопителей из-за роста
обводненности происходит в результате как
нарушения технологии проведения работ
(создание высокого давления при закачке
кислоты в пласт), так и неправильного
подбора скважин для создания забойных
каверн-накопителей. При выборе скважин для
обработок следует использовать метод
распознавания образов последовательной
диагностической процедурой по
диагностическим коэффициентам признаков,
полученным после обработки фактических
данных.
Как показали исследования,
оптимальные условия для создания
каверн-накопителей в залежах турнейских
отложений рассматриваемого региона
следующие: расстояние от нижних
перфорационных отверстий до ВНК не менее 10
м; удельный дебит до ОПЗ не менее 0,18 т/(сут-м);
обводненность до ОПЗ менее 25 %; удельная
суммарная добыча нефти до ОПЗ менее 200 т/м;
удельный расход кислоты не менее 7 м3/м
на одну операцию.
При проведении
солянокислотных ОПЗ успешность составила
всего 53,8 %. Успешность работы снижается
вследствие значительной неоднородности
пластов по проницаемости, малого охвата
кислотным воздействием по толщине пласта,
прорыва закачиваемой кислоты в подошву
залежи, что создает дополнительные пути
фильтрации подошвенной воды. Для повышения
этого показателя при солянокислотном
воздействии на пласт применяют
направленную солянокислотную обработку,
которая является одной из разновидностей
поинтер-вальной обработки.
Кроме
рассмотренных методов интенсификации
добычи нефти из карбонатных коллекторов, в
ограниченном объеме бурили скважины с
открытым забоем и горизонтальные скважины.
Эти методы не нашли широкого применения
из-за отсутствия необходимых геологических
условий (незначительные толщины
коллекторов, размеры залежей и
др.).
Среди мероприятий, направленных на
увеличение продолжительности эксплуатации
скважин, т.е. на повышение нефтеизвлечения,
одно из ведущих мест занимают методы борьбы
с обводнением добываемой продукции.
По
мере освоения разработкой нефтяных залежей
в карбонатных коллекторах, приуроченных к
большим глубинам, все более заметную роль в
развитии добычи нефти начинают играть
залежи в трещиноватых коллекторах. Такие
залежи представляют собой, как правило,
массивные скопления углеводородов,
характеризуются крайне резкой
неоднородностью фильтрационно-емкостных
характеристик коллекторов и, как результат,
высокой изменчивостью продуктивности
скважин. При этом в отличие от коллекторов
гранулярного типа, неоднородность которых
главным образом определяется
изменчивостью литологии породы, в
трещиноватых коллекторах изменение
свойств обусловлено микронеоднородностью,
т.е. изменением структуры порового
пространства пород, часто при довольно
однородном литологическом
составе.
Анализ текущего состояния
разработки залежей с карбонатными
коллекторами показывает значительно
меньшую эффективность их разработки по
сравнению с залежами в терригенных
коллекторах. Например, текущий темп отбора
нефти из разрабатываемых залежей в
карбонатных коллекторах месторождений
Татарстана в 3 раза меньше, чем в целом по
отрасли [51, 57, 67]. Это привело к ограничению
ввода таких залежей в эксплуатацию, либо к
эксплуатации их возвратным фондом скважин.
Целесообразность активного ввода в
разработку залежей в карбонатных
коллекторах непосредственно связана со
структурой запасов нефти в том или ином
нефтедобывающем районе. Например,
значительная часть залежей нефти
приурочена к трещинному или
трещиноватопористому типу коллектора, что
повлекло за собой активную их эксплуатацию.
С другой стороны, запасы нефти карбонатных
пластов Татарстана практически мало
вовлечены в разработку.
Низкая
эффективность выработки запасов во многом
объясняется несоответствием применяемых
систем разработки горно-геологическим
условиям конкретных залежей, которые
характеризуются наличием трещиноватости и
кавернозности, набором разнообразных
литологических типов пород, повышенной
геологической неоднородностью по
различным параметрам строения залежей,
низкими коллекторскими свойствами, сложной
и многообразной структурой порового
пространства, многопластовостью,
линзовидностью строения и др. В этих
сложных геолого-физических свойствах
проектирование и разработка залежей в
карбонатных коллекторах часто
осуществляются без достаточной
дифференциации и учета названных
особенностей.
10.4.
ПРОМЫСЛОВЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО ИСПЫТАНИЮ МУН
НА ОСНОВЕ ПДС И МПДС
Ниже приведены
геолого-физические характеристики
Ше-гурчинского, Архангельского и
Беркет-Ключевского месторождений,
выбранных в качестве первоочередных
объектов для промысловых
исследований.
В тектоническом отношении
Шегурчинское месторождение расположено на
западном склоне Южно-Татарского свода, в
пределах Черемшано-Ямашской структурной
террасы. В строении месторождения
принимают участие осадочные образования
девонской, каменноугольной, пермской и
четвертичной систем.
Промышленно-нефтеносными являются
отложения турнейского яруса,
бобриковского, тульского, алексинского
горизонтов нижнего карбона. На
месторождении открыто 36 залежей нефти,
контролируемых структурами III порядка.
Размеры залежи изменяются от 1,3 —5,7 до 0,8 —
4,8 км, высота от 38,3 до 43,9 м. Средняя глубина
залегания залежей составляет 840
м.
Карбонатные пласты-коллекторы
турнейского, башкирского ярусов,
алексинского и верейского горизонтов
представлены известняками
сгустково-комковатыми, биоморфными,
органогенно-обломочными, нередко
доломитовыми или глинистыми, участками
трещиноватыми.
В отложениях среднего
карбона залежи нефти приурочены к
продуктивным пластам Бш башкирского
яруса и Вр-2, Вр-3 в основании
верейского горизонта. Башкирские и
верейские слои в пределах залежей имеют
углы падения от 0° 30′ до 2° 30′. Типы залежей в
башкирских и верейских отложениях
различны: в первых преобладают массивно
пластовые, для вторых характерны
пластово-сводовые, литологически
осложненные. По литолого-петрографической
характеристике карбонатные
породы-коллекторы башкирско-верейс-кого
комплекса относятся к поровому или
порово-трещин-ному типам.
Параметры
пластов верейского горизонта определены
различными методами наиболее полно.
Пористость пластов Вр-2 и Вр-3,
рассчитанная как среднеарифметическая по
107 образцам кернов из 11 скважин, составляет
15,3 %. Средняя проницаемость пород равна 0,144
мкм2. Значения проницаемости,
полученные по данным лабораторных и
гидродинамических исследований,
близки.
Разделом между карбонатными
пластами башкирских и верейских залежей
служит пачка глинистых пород толщиной 1,0 —
4,8 м в основании верейского горизонта и
пачка плотных известняков в кровле
башкирского яруса толщиной до 13,6 м.
Различие отметок ВНК верейских и
башкирских залежей свидетельствует об
отсутствии гидродинамической связи между
ними.
Верейские пласты Вр —2 и
Вр —3 отделены друг от друга
тонкослойной пачкой глинистых пород и
перекрываются мощной (до 33 — 38 м) толщей
терригенно-карбонатных пород, среди
которых преобладают глины, аргиллиты,
глинистые алевролиты.
В геологическом
строении Архангельского месторождения
принимают участие докембрийские,
каменноугольные, пермские, неогеновые и
четвертичные отложения.
Промышленнонефтеносными являются
каменноугольные отложения. В тектоническом
отношении месторождение расположено на
северо-западном склоне Южного купола
Татарского свода, осложненном структурами
III порядка, контролирующими залежи
месторождения.
В пределах
Архангельского месторождения выявлено 28
залежей нефти: 16 залежей приурочены к
терригенным отложениям тульского
горизонта, остальные 12 связаны с
карбонатными породами турнейского и
башкирского ярусов, а также каширского,
верейского и алексинского горизонтов.
Размеры залежей изменяются от 0,3-0,2 до 10,6-5,3
км, высота — от 1,5 до 55,6 м. Средняя глубина
залегания залежей нижнего карбона
составляет 1000 м, среднего карбона -850 м.
Залежи нефти турнейского и башкирского
ярусов массивного типа, а тульского,
алексинского, верейского, каширского
горизонтов относятся к сводовым
литологически осложненным.
Башкирский
ярус представлен двумя продуктивными
пластами Св — 1 и Св — 2,
сложенными известняками и доломитами.
Пласты-коллекторы расслаиваются прослоями
уплотненных пород на несколько эффективных
пропластков, количество которых
непостоянно и меняется от скважины к
скважине, достигая до 16 слоев. Верхний пласт
— коллектор Св — 2 на отдельных
участках площади замещен плотными
породами, а нижний пласт Св— 1
практически повсеместно распространен.
Основной тип коллектора — поровый.
Коллекторы трещинно-порового типа
преобладают в пласте Св — 2. Лучшими
коллекторскими свойствами обладают
известняки пласта Св—1. Коллекторы
башкирского яруса распространены на
площади почти повсеместно, за исключением
юговосточного участка и небольшой линзы в
центральной части, где они замещены
плотными породами.
Карбонатная толща
турнейских и башкирских отложений
характеризуется сложным
литолого-петрографическим строением. Это
выражается в незакономерном чередовании
пористо-проницаемых и плотных пород.
Поэтому эти отложения являются наиболее
неоднородными по коллекторским свойствам.
Их можно характеризовать как среднеемкие,
низко- и среднепроницаемые.
Башкирская
продуктивная толща отличается
значительными изменениями нефтенасыщенной
толщины. Это является следствием
литологической неоднородности и
неравномерного нефтенасыщения всей толщи,
состоящей из переслаивающихся пористых и
плотных разностей пород. Количество
эффективных прослоев по скважинам
изменяется от 1 до 16, толщина их колеблется
от 0,8 до 20,0 м. Средняя нефтенасыщенная
толщина равна 4,7 м. По результатам
исследований установлено, что наиболее
изменчивым параметром пластов является
коэффициент
проницаемости.
Беркет-Ключевское
месторождение расположено в западном
Закамье. В строении месторождения
принимают участие докембрийские,
девонские, каменноугольные, пермские,
неогеновые и четвертичные отложения. В
тектоническом отношении Беркет-Ключевское
месторождение расположено на западном
склоне Южно-Татарского свода, в пределах
Черем-шано-Уртинского вала, осложненном
структурами III порядка, контролирующими
залежи нефти. Промышленно-нефтеносными
являются отложения верейского горизонта
среднего карбона, бобриковского горизонта
и турнейского яруса нижнего карбона,
кыновского и пашийского горизонтов
верхнего девона.
В пределах
месторождения выявлено 30 залежей нефти, из
них с промышленной нефтеносностью — 12. Пять
залежей приурочено к терригенным
отложениям тульского и бобриковского
горизонтов и семь связаны с карбонатными
породами верейского горизонта и
турнейскогол яруса. Размеры залежей
изменяются от 0,6х0,6 до 3,0×1,9 км.
В
отложениях турнейского яруса выделяются
три горизонта: кизеловский, черепетский,
малевско-упинский. Нефтеносность в
основном связана с кизеловскими
коллекторами, реже с породами черепетского
и малевско-упинского горизонтов.
В
разрезе продуктивных пластов
полидетритово-сгустко-вые известняки, а
комковые известняки встречаются в виде
маломощных прослоев. В плотных прослоях
отмечаются микротрещины.
Средние
значения пористости и проницаемости по
эффективным нефтенасыщенным прослоям
составляют 12 %
и 12,1 -10—3
мкм2. Это позволяет классифицировать
карбонатные породы как среднеемкие,
среднепроницаемые. По
ли-толого-петрографическим данным тип
коллектора — поро-вый.
Нефтенасыщенная
толщина турнейских отложений колеблется от
0,4 до 34,8 м. Такое колебание толщин связано с
по-сттурнейским размывом, который привел к
образованию так называемых «врезов»,
образованных терригенными отложениями
визейского яруса.
В турнейских
отложениях выделяются до 22 отдельных
пористо-проницаемых прослоев, суммарная
нефтенасыщенная толщина которых
изменяется от 0,4 до 34,8 м, в среднем составляя
14,5 м. Эти прослои гидродинамически связаны
между собой и индексированы как
пласты-коллекторы сверху вниз Скз — 1,
Ср—1, Смл+уп —1. По своему
строению и коллекторским свойствам пласты
различаются. Пласт Смл+уп — 1
сложен в основном комковыми известняками,
неоднороден, количество прослоев
изменяется от 2 до 12, эффективная
нефтенасыщенная толщина изменяется от 0,6 до
17,6 м, в
Статистические показатели
характеристик неоднородности пластов
(горизонтов)
Количество скважин, |
Коэффициент песчанистости |
Коэффициент расчлененности |
Характе ристика прерыви стости |
||
Среднее значение |
Коэффи циент вариации |
Среднее значение |
Коэффи циент вариации |
||
Турнейский |
|||||
73 |
0,57 |
0,33 |
1,0 |
— |
0,93 |
Тульский |
|||||
161 |
0,50 |
0,51 |
1,41 |
0,50 |
0,93 |
Башкирский |
|||||
198 |
0,66 |
0,30 |
1,0 |
— |
0,98 |
Верейский |
|||||
210 |
0,65 |
0,28 |
1,9 |
0,24 |
0,92 |
среднем составляет 10,6 м.
Пористость и проницаемость составляют
соответственно 12,2 % и 0,050
мкм2.
Пласт Счр— 1 сложен
полидетритово-сгустковыми известняками,
эффективная нефтенасыщенная толщина
изменяется от 1,4 до 6,8 м, в среднем
составляет 4,4 м. Пористость и проницаемость
в среднем равны 11,1 % и 0,025
мкм2.
Пласт Скз — 1 по своей
характеристике занимает среднее положение
между вышеназванными пластами. Средняя
эффективная нефтенасыщенная толщина
составляет 7,7 м, значения пористости и
проницаемости — 11,8 % и 0,053
мкм2.
Таким образом, для
продуктивных карбонатных пластов
Архангельского, Беркет-Ключевского и
Шегурчинского месторождений характерна
высокая степень неоднородности.
Статистические показатели характеристик
неоднородности пластов приведены в табл.
10.7.
Вариации значений проницаемости,
пористости и связанной воды для
карбонатных коллекторов гораздо выше, чем
для продуктивных терригенных коллекторов
месторождений Волго-Уральской
нефтегазоносной провинции. Отличия эти в
значительной мере обусловлены
вещественным составом
коллекторов.
СОСТАВ ПЛАСТОВОЙ НЕФТИ И
СВОДЫ В ЗАЛЕЖАХ С КАРБОНАТНЫМИ
КОЛЛЕКТОРАМИ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ,
РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ НГДУ
«ЯМАШНЕФТЬ»
Результаты исследований,
выполненных в ТатНИПИнефти, показывают, что
нефти всех горизонтов с карбонатными
коллекторами близки по своим параметрам.
Все они, в основном, тяжелые,
высокосернистые, высокопарафиновые,
высоковязкие. Нефти верейского горизонта
отличаются большой плотностью, повышенной
вязкостью, низким газовым фактором.
Диапазон изменений значений основных
параметров нефти по горизонтам
значительный. Так, вязкость нефти тульского
горизонта по скважинам изменяется от
15,5
до 106,4 мПа-с, давление насыщения нефти газом
— от 1,3 до 7,1 МПа, газовый фактор — от 3,2 до 43,8
нм3/т. Аналогичное положение
наблюдается и по башкирскому ярусу (табл.
10.8).
Таблица 10.8
Характеристики
пластовых нефтей башкирского яруса в
залежах с карбонатными коллекторами НГДУ
«Ямашнефть»
Параметр |
Диапазон |
Среднее значение параметра |
Давление насыщения нефти |
1,40-5,75 |
4,1 |
МПа |
||
Газосодержание, |
15,97-31,00 |
19,6 |
Газовый |
— |
15,8 |
вии сепарации: |
||
Pi = 0,5 МПа, Т = 9 |
— |
10,54 |
Pii = 0,1 МПа, Т |
— |
5,26 |
Объемный коэффициент, доли ед. |
1,023- 1,061 |
1,041 |
Плотность, кг/ м3 |
854-906,6 |
874,8 |
Вязкость, мПа-с |
21,31-101,69 |
41,12 |
Содержание в |
||
нефти, % (по массе): |
||
серы |
3, 0 1 4, 9 |
3,85 |
асфальтенов |
3,45-16,2 |
10,00 |
парафинов |
2,61-3,19 |
2,98 |
Технологические жидкости при
использовании ПДС и МПДС для увеличения
нефтеотдачи послойно-неоднородных
карбонатных пластов готовили, как правило,
на сточных водах нефтепромыслов.
Химический состав и общая минерализация
этих вод, безусловно, влияют на механизм
образования пДс и на эффективность
технологии УНП.
Воды отложений среднего
и нижнего карбона по своим
физико-химическим свойствам относятся к
хлоркальциевому типу с различной
минерализацией. Они близки по своему
химическому составу и свойствам, обладают
практически одинаковой вязкостью,
плотностью, лишь незначительно отличаются
общей минерализацией (табл.
10.9).
Закачиваемые воды, пресные или
слабоминерализованные, смешиваясь с
пластовой, разбавляют ее и снижают общую
минерализацию. Об уменьшении общей
минерализации можно судить по уменьшению
плотности попутной воды, так как для многих
солей многовалентных металлов плотность
водных растворов пропорциональна
концентрации растворенных солей. На рис. 10.7
показано изменение во времени плотности
воды в зависимости от концентрации
растворенных в ней солей, эти данные
получены по анализу вод из добывающих
скважин в процессе эксплуатации. По мере
закачки воды в нагнетательные скважины в
добывающих скважинах отбираемые пробы воды
имеют все более низкую плотность, а
следовательно, и минерализацию, которая со
временем начинает приближаться к плотности
закачиваемой воды (рис. 10.8).
На рис. 10.9-10.11
показано изменение содержания наиболее
характерных для пластовых вод ионов солей в
процессе эксплуатации. По этим кривым
видно, что содержание различных ионов в
пластовой воде снижается в процессе
нагнетания больших объемов воды и
приближается к
содержанию
Физико-химические свойства
пластовых вод верей-башкирского
горизонта
Таблица 10.9
Параметр |
Количество исследо ванных проб |
Диапазон изменения параметра |
Среднее значение параметра |
Газосодержание, нм3/ |
2 |
0,097-0,157 |
0,127 |
Вязкость, мПа-с |
4 |
1,46-1,72 |
1,56 |
Общая |
4 |
192-241 |
236 |
Плотность, кг/ м3 |
4 |
1124-1163 |
1154 |
этих ионов в
закачиваемой воде. Таким образом, при
закачке ПДС будет контактировать и
взаимодействовать в основном с
закачиваемой водой, имеющей меньшую
минерализацию, чем начальная
пластовая.
1100
1050
О
2000 4000 6000 8000 10000 Общая минерализация,
мг-экв/л
Рис. 10.7. Зависимость
плотности пластовых вод р
башкирско-верейских отложений от
содержания солей
1000
1100
1050
1982
1984 1986 1988
1990
Годы
Рис.
10.8. Изменение плотности попутной воды р на
объектах с карбонатными коллекторами НГДУ
«Ямашнефть».
Добывающие скважины:
1 — 4710; 2 — 4711; 3 —
4717
1000
р, кг/м3 1150
Одной из главных причин
относительно низкой нефтеотдачи пластов,
представленных карбонатными коллекторами
также является высокая послойная и
зональная неоднородность их строения.
Кроме того, в условиях карбонатных
кол-
‘I
1982 1984 1986 1988 1990 % 1982 1984
1986 1988
1990
Годы ^
Годы
Рис. 10.9. Изменение
содержания ионов Са2+ и Mg2+ в
попутной воде некоторых скважин НГДУ
«Ямашнефть»:
1 — скв. 4710; 2 —
скв. 4711; 3 — скв. 4717
1200
0
-1-1-
1984 1986 1988
1990
Годы
Рис.
10.10. Изменение суммарного содержания ионов
K+ + Na+ в попутной воде некоторых скважин НГДУ
«Ямашнефть»:
1 — скв. 4710; 2 —
скв. 4711; 3 — скв. 4717
лекторов
большую роль в механизме вытеснения нефти
водой играет трещиноватость
пластов.
Первоочередные промысловые
исследования по оценке принципиальной
возможности и эффективности МУН на основе
ПДС и МПДС проводили с 1991 г. на
Архангельском и
^
1982 1984 1986
1988 1990 ъ
1984 1986 1988
1990
в о
U
Годы U
Годы
Рис. 10.11. Изменение
анионов Cl и SO42 в попутной воде
карбонатных коллекторов НГДУ
«Ямашнефть»:
1 — скв. 4710; 2 —
скв. 4711; 3 — скв. 4717
Бавлинском
месторождениях Республики Татарстан и на
Бал-кановском месторождении Республики
Башкортостан. При выборе экспериментальных
участков изучали особенности строения
нефтяных залежей и анализировали динамику
основных показателей их разработки.
Для
продуктивных пластов башкирского яруса
Архангельского месторождения были
выявлены следующие геологофизические
особенности:
1) продуктивные
пласты обладают низкой проницаемостью (на
два порядка ниже терригенных пластов);
2)
для карбонатных пластов
характерна трещинность, повышающая
проницаемость пластов в несколько раз (в 36
раз);
3) высокая изменчивость
коллекторских свойств как по толщине
пластов, так и по простиранию, обусловлена
влиянием на их формирование вторичных
геолого-тектонических процессов;
4)
пластовые нефти характеризуются
повышенным содержанием
асфальтено-смолистых веществ и высокой
вязкостью.
Перечисленные особенности
существенно влияют на продуктивную
характеристику скважин и нефтеотдачу
пластов.
Одной из важных особенностей
нефтяного пласта, влияющих на динамику
разработки, является неоднородность пород
по характеру смачиваемости их поверхности
пластовыми флюидами. При извлечении
остаточной нефти физикохимическими
методами необходимо знать, в какой степени
остаточная нефть связана с поверхностью
породы. В гидрофильных породах, очевидно,
она удерживается слабее, чем в гидрофобных.
Известно, что карбонатные коллекторы
являются в основном гранулярными, т.е.
аналогичны терриген-ным, а
электрохимическая активность карбонатной
поверхности достаточно высокая, поэтому
для определения смачиваемости карбонатных
пород можно использовать методику,
разработанную для терригенных пород. Она
заключается в следующем.
В гидрофильных
породах наблюдаются более низкие амплитуды
потенциала СП Асп в нефтенасыщенных
пластах, а в водоносных пластах повышенные.
Чем выше степень нефтенасыщенности, тем
ниже Асп. В гидрофобных пластах
амплитуда Асп не снижается по мере
роста нефтенасыщенности, а остается такой
же, как и у водоносных. В ряде случаев при
повышенной степени гидрофобности величина
Асп даже выше, чем у водоносных
пластов. На примере Архангельского
месторождения (башкирский ярус) автором
совместно с соавторами изучена
зависимость
Асп = f(m),
(10.18)
где m — коэффициент
пористости, определяемый по ВГК, %.
Из
рис. 10.12 видно, что чем выше пористость, тем
выше амплитуда Асп. Однако разброс
точек при постоянной порис-
Пористость,
%
Рис. 10.12. Распределение карбонатных
коллекторов на гидрофильные и гидрофобные
(башкирский ярус Архангельского
месторождения). По данным Р.С.
Касимова:
1 — нефтеносные пласты;
2 — водоносные пласты
тости
достаточно большой, что объясняется
гидрофобизацией поверхности. Так, при
пористости 18-20 % точки с повышенными
значениями Асп группируются вместе и
отделяются довольно четко от точек с
пониженными значениями.
За граничное
значение можно принять Асп =
0,9. Тогда
при Асп =
0,80-0,87 это будут гидрофильные пласты, при
Асп = 0,90-1,0 — гидрофобные пласты.
При
применении ПДС и МПДС для УНП наибольший
эффект следует ожидать в гидрофильных
пластах, у которых остаточная
(малоподвижная) нефть напрямую не связана с
породой, т.е. не адсорбирована
физико-химическими силами.
Анализ
данных по смачиваемости пород
Архангельского месторождения показал, что
гидрофильность более типична для
высокопористых пород (пористость более 15 %),
для низкопористых вероятность
существования гидрофобной и гидрофильной
поверхностей одинакова.
Особое влияние
на процесс выработки нефти из карбонатных
продуктивных пластов оказывает
трещиноватость.
Как известно,
трещиноватость пород в той или иной степени
характерна для коллекторов всех типов. Но
большей частью залежи, связанные с
трещиноватыми коллекторами, приурочены к
карбонатным отложениям. Изучение
карбонатных коллекторов показало, что
проницаемость пласта зависит в основном не
от пористости матрицы породы, а от
количества трещин и их размеров.
На всех
участках Архангельского месторождения
заводнение коллекторов сопровождалось
прорывом закачиваемых вод к отдельным
скважинам. Анализ взаимодействия очагов
заводнения и обводнившихся скважин
свидетельствует о наличии системы трещин,
существование которых отмечалось по
материалам сейсмических работ (рис. 10.13).
Обводнение продукции скважин по системе
трещин подтверждается быстрым и
скачкообразным ростом обводненности
продукции некоторых скважин от 10-15 до 98-100
%.
При этом происходит резкое опреснение
попутно добываемой воды за счет смешения
закачиваемой пресной воды с
пластовой.
Наличие трещин в пласте можно
оценить по характеру распределения скважин
с завышенными значениями начальных дебитов
в пластах с одинаковой
пористостью.
Известно, что породы
разбиты не только редкими макротрещинами с
плотностью 1-2 на метр толщины и шириной
5т = 0,3-0,5 мм, но и сеткой мелких трещин
шириной
Рис.
10.13. Сведения о трещиноватости разреза по
скважинам Архангельского месторождения (по
материалам сейсмических работ). По данным
Р.С. Касимова:
1 — изогипсы кровли
башкирского яруса; 2 — прогибы в
кристаллическом фундаменте (по данным
бурения); 3 — ориентировка открытых
вертикальных трещин в отложениях нижней
перми и среднего карбона; 4 — в
числителе номер скважины, в знаменателе
направление трещиноватости
5т =
0,03-0,05 мм. Их количество на 1 м толщины
достигает 20. Суммарная емкость всех трещин
может быть достаточно большой — до 1-2 %. При
первичном вскрытии пласта происходит
активное проникновение фильтрата бурового
раствора. По трещинам глубина
проникновения раствора может достигать 2-3
м. Чем больше трещин, тем глубже и
интенсивнее проникновение, отмечаемое по
данным бокового электрического
зондирования. Выявление трещинных пластов
проводится по резкому различию
электросопротивления самого пласта
рп и зоны его проникновения
рз.пр. При наличии трещин
Рз.пр/Рп ^ 2-3. В нетрещинных карбонатных
коллек-
551
торах
рзпр./рп = 1-2. В нетрещинных
песчаных коллекторах рз.пр./рп
< 1-2. Так в скв. 4621 Архангельского
месторождения работающая верхняя часть
пласта толщиной 5,2 м оценивается как
трещинная, так как
рз.пр./рп = 140/40 = 3,5. Нижняя
часть пласта толщиной 4,0 м с
рзпр./рп = 1,6 является
нетрещинной. Это означает, что
проницаемость нижней части продуктивного
пласта в 2-3 раза ниже, чем верхнего
интервала.
Рис.
10.14. Зависимость начальной
нефтенасыщенности от пористости l
карбонатного коллектора (башкирский
ярус, Архангельское
месторождение).
Пласты: I —
гидрофильные, II — гидрофобные; 1,
2, 3 — завышенные значения
нефтенасыщенности из-за проникновения
фильтрата бурового раствора
(трещиноватость: 1 — небольшая, 2
— средняя, 3 — высокая); 4а и
4б — для гидрофильных пластов
соответственно начальная и малоподвижная
нефтенасыщенность; 5а и 5б —
для гидрофобных пластов соответственно
начальная и малоподвижная
нефтенасыщенность; 6 — неподвижная
нефтенасыщенность (по микрозонду)
о-1—li.-1-1-
0,15 0,25
0,35 0,45
A„y
20,0 15,0
11,0 8,0 m, %
В основе следующей приближенной
методики определения трещиноватости по
геофизическим данным лежит существование
достаточно тесной корреляционной связи
между проницаемостью кернов и количеством
остаточной воды в коллекторе (коэффициент
корреляции составляет 0,75-0,80). Установлено,
что чем выше пористость пласта, тем выше
начальная нефтенасыщенность (рис. 10.14,
кривые 4а и 5а -соответственно для
гидрофильных и гидрофобных нетрещинных
пород). На рис. 10.14 также приведены данные по
малоподвижной нефти (по данным БКЗ, кривые
4б и 5б) и неподвижной нефти (по данным
микрозонда, кривая б).
Все фактические
точки согласно рис. 10.14 можно разделить на
две группы: близкие к линиям 4а и 5а —
нетрещинные пласты; резко отклоняющиеся
вверх — трещинные пласты.
Результаты
геофизической интерпретации в подавляющем
большинстве случаев совпадают с данными по
дебитам скважин по нефти.
ЛАБОРАТОРНЫЕ
ОПЫТЫ ПО ВЫТЕСНЕНИЮ НЕФТИ ИЗ МОДЕЛЕЙ
КАРБОНАТНЫХ ПОРОД
Для обоснования
основных параметров технологий УНП,
представленных карбонатным породами, были
проведены лабораторные опыты по вытеснению
нефти из моделей неоднородных сред. Как и в
предыдущих случаях, послойнонеоднородный
пласт с гидродинамически несвязанными
прослоями моделировался кернодержателями
длиной 1 м и диаметром 0,03 м. Пористой средой
служил молотый карбонатный керн широкой
фракции. Подготовка моделей пластов
производилась в соответствии с
требованиями, изложенными в разделе 5.
Моделировалась связанная вода, количество
которой определялось объемно-массовым
методом. Температура, скорость фильтрации
технологических жидкостей соответствовали
реальным пластовым условиям. Процесс
вытеснения нефти из моделей пластов
производился в режиме постоянного расхода
нагнетаемой жидкости при температуре 30
°С.
Методика проведения процесса
нефтевытеснения заключалась в следующем.
Первичное вытеснение нефти производилось
моделью попутной воды минерализацией 130 г/л
практически до полного обводнения
вытесняемой жидкости и стабилизации
коэффициента вытеснения нефти из
высокопроницаемого пропластка. Затем
закачивалась оторочка ПДС, состоящая из
равных по объему оторочек 0,05%-ного раствора
полиакриламида и 1%-ной глинистой суспензии,
приготовленных на пресной воде. При закачке
глинистая суспензия во избежание ее
оседания постоянно перемешивалась с
помощью специального устройства.
Далее
процесс заводнения возобновлялся и
продолжался до полного обводнения
вытесняемой жидкости и стабилизации
фильтрационных характеристик.
Замеры
перепада давления, расхода жидкости во
времени по каждому пропластку и количества
вытесненной нефти являлись исходными
данными для расчета параметров,
определяющих эффективность ПДС, для
вытеснения остаточной нефти из
низкопроницаемого
пропластка.
Результаты проведенных
исследований анализировались путем
построения зависимостей текущего
коэффициента вытеснения Кв,
обводненности Пв и подвижности к/ц от
количества прокачанной жидкости,
выраженной в долях от порового объема
пласта. Прирост коэффициента вытеснения
АКв определяли по формулам,
приведенным в табл. 5.1. В некоторых опытах
для оценки величины ДКв использовали
формулу
Унф —
ДУнп
АКв=^Ф-™ _Ю0 = дквф —
дквп,
(10.19)
Унз
где
Унф, АУнп и Унз —
соответственно, объем нефти, суммарной
извлеченной из модели пласта, прогнозное
приращение объема извлеченной нефти из
низкопроницаемого прослоя при
многократной промывке водой и начальный
объем нефти в модели пласта. Прогнозный
прирост объема нефти ДУнп определяли
расчетным путем, исходя из допущения
линейного характера изменения
коэффициента вытеснения нефти из
низкопроницаемого прослоя модели
пласта.
Важными параметрами при
сравнении результатов опытов служили
фактор сопротивления и остаточный фактор
сопротивления при фильтрации воды после
закачки ПДС (МПДС).
Лабораторные опыты
были проведены на четырех моделях
послойно-неоднородного пласта. Результаты
исследований показали (табл. 10.10), что к
концу первичного вытеснения нефти водой,
определяемого полным обводнением
вытесняемой жидкости из
высокопроницаемого прослоя, коэффициент
вытеснения по ним составлял 0,51-0,56. По
низкопроницаемым прослоям к этому моменту
времени текущий коэффициент вытеснения
нефти водой не превышал 2,4-3,5 % при
продолжающемся безводном вытеснении нефти.
Таким образом, к концу первичного
вытеснения невыработанными остаются
низкопроницаемые пропластки при высоких
значениях обводненности отбираемой
жидкости из модели пласта
Результаты
лабораторных опытов по вытеснению нефти из
моделей послойно-неоднородных
пластов
Характеристика пористых |
Вытеснение |
Оторочки технологических жидкостей |
Показатели |
Оста- |
||||||
Номер опыта |
Прони цае мость, мкм2 |
Неф- тена- сы- щен- ность, % |
Коэф фици ент вытес нения, % |
Обводненность вытесняемой |
Средний коэф фициент вытес нения, % |
Коэф фициент вытес нения, % |
Прирост коэффициента вытеснения, % |
Прирост среднего коэффициента |
фактор |
|
1. ВП НП по модели 2. ВП НП по модели |
3,50 0,25 |
65,5 68,8 67,1 |
51,0 2,4 |
100 0 98,8 |
27,4 |
I — 0,05 % Accotrol II — |
51,0 16,3 |
0 13,9 |
6,8 |
1,84 |
4,05 0,24 |
63.2 54.2 59.2 |
55,9 3,3 |
100 0 99,8 |
32,4 |
I — 0,05 % Accotrol II — |
55,9 9,8 |
0 6,5 |
2,9 |
1,31 |
|
ВП НП по модели |
3,90 0,24 |
69.1 60.1 64,1 |
60,4 1,7 |
100 99,8 |
30,2 |
I — 0,05 % Accotrol II — 1,0 % |
60,4 9,8 |
0 8,1 |
2,2 |
1,47 |
ВП НП по модели |
3,90 0,25 |
78.0 75.0 76,8 |
67,0 3,5 |
100 98,7 |
38,2 |
I — 0,05 % Accotrol II — 1,0 % |
67,0 17,4 |
0 13,9 |
6,0 |
1,50 |
Примечание. ВП |
— |
Рис.
10.15. Динамика процеса нефтевытеснения с
применением ПДС в неоднородном карбонатном
пласте и отдельно по пропласткам:
а
— модель пласта, б —
низкопроницаемый прослой, в —
высокопроницаемый прослой; I —
раствор полимера; II — глинистая
суспензия; 1 — коэффициент
вытеснения нефти; 2 — обводненность
вытесняемой жидкости; ЛКв ср — прирост
среднего коэффициента вытеснения по
сравнению с прогнозным значением без
применения ПДС
в целом. Такая же
картина наблюдается и в реальных пластах
при прорыве воды в добывающие скважины —
основная масса закачиваемой воды
фильтруется по промытым высокопроницаемым
зонам.
В этих условиях закачка
полимердисперсной системы приводит к
снижению подвижности воды (увеличению
фильтрационного сопротивления) в
высокопроницаемом проплас-тке и за счет
этого — к более интенсивному вытеснению
нефти из низкопроницаемого пропластка, т.е.
к увеличению охвата неоднородного пласта
заводнением. В результате этого происходит
уменьшение обводненности извлекаемой
продукции (рис. 10.15, а, кривая 2) и
увеличение коэффициента вытеснения нефти
(рис. 10.15, а, кривая 1) по сравнению с
обычным заводнением.
Остаточный фактор
сопротивления после закачки ПДС (МПДС) в
карбонатный коллектор равнялся в среднем
1,5, что соответствует снижению
проницаемости высокопроницаемого
пропластка на 33 %, а среднее значение
прироста коэффициента вытеснения при этом
составило 3 %.
Таким образом,
моделирование показало положительное
влияние технологии применения ПДС в
карбонатных коллекторах.
Для сравнения
результатов процесса нефтевытеснения и
эффективности воздействия ПС на
неоднородный пласт были проведены опыты на
терригенных коллекторах, аналогичные
приведенным выше. По результатам
исследований, приведенным в табл. 10.10,
следует, что при первичном заводнении
коэффициент вытеснения высокопроницаемого
пропластка для карбонатных пористых сред
оказался меньше на 12 %. Подвижность воды по
высокопроницаемому пропластку с
карбонатной пористой средой к концу
первичного заводнения также имеет более
низкое значение, чем для песчаных пористых
сред. Сравнение характера изменения
подвижности воды до и после оторочек ПДС
также показывает идентичность воздействия
ПДС. Остаточный фактор сопротивления
составил 1,54 и 1,5 соответственно для
карбонатных и песчаных
коллекторов.
РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОМЫСЛОВЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ
Выбор месторождений и
опытных участков производился с
соблюдением требований, изложенных в
предыдущих разделах, а также исходя из
особенностей динамики разработки
конкретных объектов. Для проведения
первоочередных промысловых экспериментов
были выбраны участки с нагнетательными
скважинами:
на Шегурчинском
месторождении нагнетательная скв. 4709
(верейский горизонт) с добывающими скв. 4706,
4707, 4708, 4718, 4717, 4710;
на Беркет-Ключевском
месторождении нагнетательная скв. 435
(турнейский ярус) с добывающими скв. 1439, 1985,
1986, 1443, 1988, 346; нагнетательная скв. 1987 с
добывающими скв. 1441, 431, 346, 1440;
на
Архангельском месторождении
нагнетательная скв. 4621 (башкирский ярус) с
добывающими скв. 4609, 4610.
Рабочие
параметры выбранных скважин изменяются в
широких пределах. Эффективная толщина
продуктивных пластов изменяется от 3 до 22 м,
дебит добывающих скважин — от 2,0 до 42 т/сут,
обводненность добываемой жидкости — от 10
до 98 %. Накопленная добыча нефти по
скважинам также колеблется в широких
пределах от 7,5 до 99,0 тыс. т при высокой
обводненности скважин.
Следует
отметить, что при выборе опытных участков
были использованы результаты оценочных
промысловых экспериментов по закачке
полимердисперсных систем. В 1991 г. на двух
скважинах (4621 и 4643) на Архангельском
месторождении были закачаны МПДС (ПДС +
AlCl3) и (ПДС + ПАВ) для увеличения
нефтеотдачи пластов и уменьшения
обводненности добываемой жидкости. В
процессе экспериментов определялась
принципиальная возможность закачки
технологических жидкостей для образования
МПДС в малопродуктивные пласты. Оба
промысловых эксперимента дали
положительные результаты: закачка
технологических жидкостей была
произведена без осложнений, произошло
уменьшение приемистости нагнетательных
скважин, снижение обводненности добываемой
жидкости (от 100 до 60 %) и увеличение
содержания нефти в продукции
скважин.
Для оценки эффективности
закачки МПДС в карбонатные пласты был
использован комплекс промысловых
исследований, которые проводились до и
после обработки. По результатам первых
промысловых испытаний МУН в карбонатных
коллекторах установлена принципиальная
возможность закачки технологических
жидкостей для образования МПДС в
нагнетательные скважины с небольшой
приемистостью при концентрации
полиакриламида 0,1—0,05 %, глинистой суспензии
с содержанием глины 3 — 6 % с применением
модификаторов (AlCl3, ПАВ). В процессе
закачивания МПДС происходит повышение
давления нагнетания и снижение
приемистости скважин. Закачка МПДС
приводит к перераспределению пластового
давления на опытных участках.
В
нагнетательных скв. 4621 и 4643 до и после
обработок
908
912
916
920
924
Н,
м
Рис. 10.16. Результаты
исследования скв. 4643 с помощью скважинных
расходомеров до (а) и после
обработки (б) с применением
МПДС
были сняты профили приемистости.
Как следует из рис. 10.16, в скв. 4643 произошло
подключение в эксплуатацию залегающих выше
неработающих пластов и пропластков, а в
высокопроницаемых интервалах — увеличение
фильтрационного сопротивления,
подтверждаемое уменьшением приемистости с
540 до 230 м3/сут при одинаковых
давлениях
нагнетания.
Перераспределение
закачиваемой воды по пропласткам
неоднородных пластов привело к изменению
распределения пластового давления и
уменьшению обводненности добываемой
жидкости по скважинам и в целом по опытным
участкам.
Более высокая степень
трещиноватости карбонатных пластов по
сравнению с терригенными, наряду с низкой
проницаемостью матрицы, является одной из
главных причин низкой эффективности
заводнения. По результатам проведенных
экспериментальных исследований на моделях
неоднородных пластов остаточный фактор
сопротивления, создаваемый в карбонатной
пористой среде, после обработки МПДС
возрастает с увеличением коэффициента
проницаемости, так же как и для песчаников.
Блокирование высокопроницаемого
пропластка приводит к перераспределению
потоков и скоростей фильтрации по
пропласткам и увеличению нефтеотдачи
пластов. При этом прирост коэффициента
нефтеотдачи возрастает с увеличением
степени неоднородности
пластов.
Представляют интерес
результаты испытаний МУН на основе МПДС на
Бавлинском месторождении. На данном этапе
разработки месторождения кизеловский и
турнейский горизонты являются основным
«объектом» и по остаточным запасам нефти,
обеспечивающим стабилизацию добычи нефти.
Одним из способов увеличения нефтеотдачи
карбонатных пластов на объекте является
применение технологии УНП на основе
использования ПДС и МПДС.
На шести
опытных участках турнейского и
кизеловского горизонтов работы по
активизации процессов извлечения
остаточной нефти осуществлялись с
использованием МПДС и ПДС. Применение этих
технологий при низкой проницаемости
коллекторов и низких дебитах скважин (0,1—3,0
т/сут) позволило извлечь в среднем 1266 т
нефти на один обработанный участок (табл.
10.11 и 10.12).
Применение модифицирующих ПДС
в карбонатных отложениях нефтяных
месторождений республик Татарстан, Коми,
Удмуртии и Башкортостан на 40 опытных
участках позволило извлечь за счет
улучшения охвата неоднородных
Таблица
10.11
Результаты применения
модифицированных ПДС для увеличения
нефтеотдачи карбонатных коллекторов на
Бавлинском месторождении
Номер нагнетательной скважины |
Горизонт |
Количество реагирующих скважин |
Дополнительная |
2741 |
Турнейский |
4 |
600 |
3569 |
Кизеловский |
4 |
420 |
379д |
Кизеловский |
1 |
1173 |
2742 |
Кизеловский |
1 |
900 |
897 |
Кизеловский |
6 |
2750 |
1173 |
Кизеловский |
2 |
1756 |
Результаты
применения модифицированных ПДС для
увеличения нефтеотдачи карбонатных
коллекторов
АО (НГДУ) |
Месторож дение |
Горизонт (ярус) |
МУН |
Коли чество опыт ных участ ков |
Коли чество прореа- гиро- вавших сква жин |
Дополнительная добыча |
|
Всего |
На одну обра ботку |
||||||
(Ямаш нефть) |
Архангель ское |
Башкир ский |
МПДС |
2 |
10 |
6642 |
3321 |
Верейский |
МПДС |
8 |
39 |
15630 |
1953 |
||
Ерсубай- кинское |
Турнейский |
МПДС-Щ |
2 |
6 |
1192 |
596 |
|
(Нурлат- нефть) |
Ивашкино- Сульчинс- кое |
Турнейский |
МПДС |
1 |
4 |
2553 |
2553 |
Турнейский |
МПДС-А |
2 |
7 |
4110 |
2055 |
||
Мошкинс- кое |
Башкирс кий |
МПДС |
1 |
5 |
54 |
54 |
|
(Бавлы- нефть) |
Бавлинское |
Турнейский |
МПДС |
2 |
4 |
390 |
195 |
Кизеловс- кий |
МПДС |
5 |
16 |
11595 |
2319 |
пластов
воздействием закачиваемой воды более 70 тыс.
т дополнительной нефти. На месторождениях
ОА «Татнефть», АНК «Башнефть»,
«Удмуртнефть» дополнительно за счет
вовлечения в разработку низкопроницаемых
прослоев неоднородных пластов удалось
извлечь 43,688 тыс. т нефти, что составляет в
среднем 1680 т на один обработанный
участок.
На участке нагнетательной скв.
4643 Архангельского месторождения за 6 лет
после проведения обработки МПДС
дополнительно извлекли 4635 т при
продолжающемся эффекте, подтвердив тем
самым целесообразность применения таких
обработок и в залежах, приуроченных к
карбонатным коллекторам.
10.5.
ПРОМЫСЛОВЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО ИСПЫТАНИЮ
ТЕХНОЛОГИИ УНП НА ОСНОВЕ ПДС+ПАВ НА
БАЛКАНОВСКОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ АНК
«БАШНЕФТЬ»
В соответствии с задачами
промысловых экспериментов, с учетом
предполагаемого механизма увеличения
коэффициента охвата карбонатного пласта
воздействием при применении ПДС, а также по
результатам анализа состояния разработки
нефтяных залежей в карбонатных коллекторах
в Башкортостане совместно со специалистами
АНК «Башнефть» было решено провести
промысловый эксперимент на Балканов-ском
месторождении в карбонатных отложениях
нижнефа-менского подъяруса, выделенного
как самостоятельный объект разработки.
Схема опытного участка приводится на рис.
10.17. В процессе выбора опытного участка были
просмотрены геолого-физические
характеристики продуктивных пластов по
керновому материалу, геофизическим
измерениям и расходометрии в
водонагнетательных
скважинах.
Нефтеносность отложений
нижнефаменского подъяруса на
рассматриваемом месторождении связана с
верхней частью его разреза.
Выявленная
залежь по своему строению относится к
массивному типу и по всей площади
подпирается водой. Этаж нефтеносности
достигает 48,4 м.
По
литолого-петрографическим исследованиям
кернов прослои-коллекторы представлены
известняками органогенными,
органогенно-шламовыми, мелкозернистыми,
участками доломитизированными, с
включением органических остатков.
Органические остатки и шлам сцементированы
мелкокрупнокристаллическим кальцитом.
Коллекторами нефти являются
пористо-каверновые разности известняков,
залегающие в разрезе в виде прослоев среди
плотных известняков и доломитов. Для
продуктивной части разреза характерна
трещиноватость пород и наличие
стилолитовых швов. Трещины заполнены
углисто-глинистым материалом и кальцитом,
они не являются коллекторами, а служат
каналом движения нефти.
По комплексу
промыслово-геофизических исследований
выделяются пористые прослои от 0,8 м до 6,4 м с
преобладанием трещин. Максимальная
нефтенасыщенная толщина составляет 24,4 м.
Содержание пористых прослоев в этаже
нефтеносности в среднем составляет 42 %.
Пористость пород по керну изменяется от 6,1
до 16,8 %, в среднем по 32 образцам она
составляет 10,5 %.
Рис.
10.17. Схема расположения опытного участка на
Балкановском месторождении по
последовательной закачке ПДС и
ПАВ.
Скважины: 1 — добывающие,
2 — водонагнетательные, 3 —
границы пласта, 4 — границы опытного
участка
Q~| / | А |
2 Г^. J .? I ~X_| 4
Коэффициент проницаемости,
полученный по керну по восьми образцам,
изменяется в диапазоне 0-0,070
мкм2.
Изучение состава и свойств
поверхностных нефтей по нижнефаменскому
подъярусу выполнено по 11 пробам,
извлеченным из пяти скважин.
Средние
значения параметров поверхностной
дегазированной нефти
Плотность,
кг/м3…………………….
Вязкость
динамическая, мПа-с Массовое содержание,
%:
асфальтенов
2,82
11,91
2,79
4,14
5,1
841
4,33
смол
силикалевых
серы
парафина.
Основные
характеристики пластовых проб
нефти
Давление насыщения нефти
газом, МПа
Плотность,
кг/м3……………………………………..
Вязкость
динамическая,
мПа-с……………….
Объемный
коэффициент, доли
ед.
1,1236
44,4
Газосодержание,
нм3/т
3
Вначале на Балкановском
месторождении выделялось два объекта
разработки: девон (пласты Д: и
Дп) и карбон (фамен-ские и турнейские
отложения). В последующих проектах
разработки было принято решение о
раздельном разбурива-нии залежей верхнего
и нижнего фамена с самостоятельными
сетками скважин.
К началу промысловых
экспериментов верхний фамен был разбурен
редкой сеткой, равной 18-42 га/скв. Пласт
разрабатывался с поддержанием пластового
давления путем очагового внутриконтурного
и приконтурного
заводнения.
Максимальный годовой
уровень добычи нефти в объеме 149784 т был
достигнут в 1982 г. Накопленная добыча нефти с
начала разработки составляла 654,1 тыс. т.
Текущее пластовое давление по данным
наблюдений НГДУ находилось на уровне 21,7
МПа.
С учетом схемы размещения скважин
на месторождении, состояния разработки
объекта в качестве первоочередного
опытного был выбран участок, расположенный
между нагнетательными скважинами 208, 255 и 196.
На первом этапе промыслового эксперимента
для последовательной закачки ПДС и водного
раствора ПАВ была выбрана
водонагнетательная скв. 208 (см. рис. 10.17). В
последующем планировалась закачка ПДС и
растворов ПАВ в скв. 255 и
196.
Водонагнетательная скв. 208 введена в
эксплуатацию 30.04.1984 г. Искусственный забой
— на глубине 2147 м, интервал перфорации на
нижнефаменском подъярусе — 2120 — 2140 м,
обсажена эксплуатационной колонной
диаметром 168 мм, зацементированной до
глубины 150 м. В скважину спущены
62-миллиметровые насосно-компрессорные
трубы с пакером, установленным на глубине
2075 м.
По учетным данным среднесуточная
закачка составляла: в 1990 г. — 267 — 984 м3,
а в 1991 г. — 284 — 418 м3. Перед началом
работ по закачке ПДС и ПАВ приемистость
скважины по текущим замерам составляла 350
м3/сут. По данным измерений прошлых
лет профили приемистости свидетельствуют о
неравномерном охвате пласта
воздействием.
Из-за неравномерного
фронта вытеснения и прорыва закачиваемой
воды в добывающие скважины эффективность
процесса заводнения карбонатных
коллекторов снижается вследствие низкого
охвата пласта воздействием. В результате
опережающей промывки высокопроницаемого
пропластка основная часть закачиваемой
воды фильтруется по промытым водой пластам
и пропласткам. Средний коэффициент
вытеснения при этом не превышает 0,3 —
0,5.
Реализация технологии применения ПДС
с ПАВ в промысловых условиях
осуществлялась путем циклического
нагнетания в пласт компонентов ПДС и
последующего закачивания
высококонцентрированного раствора пАв
через водонагнетательные
скважины.
Увеличение нефтеотдачи
ожидалось за счет перераспределения
фильтрационных потоков в результате
увеличения фильтрационного сопротивления
высокопроницаемых промытых водой
пропластков коллектора. Оторочка
высококонцентрированного раствора ПАВ,
закачиваемого после ПДС, позволяет
активизировать процесс вытеснения нефти из
малопроницаемых пропластков за счет
доотмыва закачиваемой водой.
Параметры
технологии применения ПДС и ПАВ определяли
из геолого-физических и эксплуатационных
показателей объекта. Объемы закачки
компонентов ПДС определяли, исходя из
толщины пласта, вскрытого скв. 208. Рабочая
концентрация ПАА колеблется от 0,095 до 0,1
кг/м3, а содержание глины в суспензии
— от 20 до 60 кг/ м3 и зависит от удельной
приемистости скважин. Концентрация ПАВ в
растворе составляет 3,5—10 % (по массе). Размер
оторочки ПАВ зависит от значения
эффективной нефтенасыщенной толщины
пласта.
В качестве флокулирующего
реагента был использован полиакриламид
(ПАА) — синтетический высокомолекулярный
материал.
В качестве
поверхностно-активных веществ
используются водорастворимые неионогенные
ПАВ на основе оксиэтилиро-ванных
алкилфенолов — неонол АФ9-12 типа
СНО-3.
В соответствии с регламентом на
проведение закачки ПДС и растворов ПАВ в
продуктивные пласты нижнефаменского
подъяруса Балканского месторождения, а
также с планом работы ЦКРС НГДУ
«Аксаковнефть», с 07.09.91 г. по 25.10.91 г. в
нагнетательной скв. 208 выполнены следующие
работы.
1. Проведены замена
скважинной жидкости на пластовую воду,
подъем НКТ с пакером.
2.
Прошаблонирована обсадная
колонна, проверена колонна на
герметичность, выполнены работы по
промывке забоя до чистой воды допуском НКТ
до забоя.
3. Определена
приемистость скважины при давлении на
устье 7 МПа, которая составила 550
м3/сут.
4. С помощью
расходомера РГД снят профиль
приемистости.
5. Спущены НКТ на
глубину 2143 м с пакером, установленным на
глубине 2000 м.
6. Произведена
циклическая закачка технологических
жидкостей в количестве 2500 м3 в
следующей последовательности: 250 м3
раствора полимера ПАА с концентрацией 0,05 %
(по массе), затем глинистой суспензии
объемом 250 м3 с концентрацией глины в
воде, равной 25 кг/м3. Между отдельными
порциями растворов закачивалась вода
объемом 10- 15 м3. Всего закачано
раствора полимера 1250 м3 и глинистой
суспензии — 1250 м3. За последней порцией
реагента закачали 800 м3 водного
раствора ПАВ Неонол АФ9-12 с массовой
концентрацией 2,5 %. Закачка проводилась при
давлении на устье скважины, равном 6- 9
МПа.
7. После ожидания
перераспределения реагентов в пласте в
течение 36 ч производилась промывка забоя и
опрессовка обсадной колонны.
Установив
герметичность обсадной колонны, спустили
НКТ с пакером, затрубное пространство
заполнили ингибированной жидкостью и
скважину пустили в эксплуатацию.
Для
оценки технологической эффективности
закачки ПДС с ПАВ и растворов ПАВ были
использованы следующие материалы:
1)
профили приемистости
нагнетательных скважин, снятые до и после
закачки ПДС и водного раствора ПАВ (рис.
10.18);
2) показатели
обводненности продукции окружающих
реагирующих добывающих скважин 215, 197, 198, 215,
192 и 193;
3) характеристики
вытеснения нефти по контрольным скважинам,
для построения которых были использованы
стандартные гидродинамические
методы.
Анализ профилей приемистости
показывает изменение
Рис.
10.18. Профили приемистости скв. 208 до и после
закачки ПДС и ПАВ
интервалов работы
пласта после закачки реагентов. В
частности, произошло отключение
шестиметрового интервала наиболее
интенсивного приема воды и усиление приема
воды в верхних интервалах, которые
характеризовались слабой приемистостью.
Эти данные позволяют дать
удовлетворительную оценку результатам
промыслового эксперимента.
Изучение
результатов закачки ПДС и ПАВ проводили по
профилю приемистости нагнетательной скв. 208
(до и после обработки пласта), а также по
показателям работы реагирующих добывающих
скважин.
Произошло некоторое увеличение
давления нагнетания воды в скв. 208 от 7 МПа до
8,61 МПа, приемистость скважины при этом
уменьшилась от 550 до 420 м3/сут. Эти
изменения свидетельствуют об увеличении
фильтрационного сопротивления промытых
водой пропластков продуктивного
пласта.
По данным расходометрии (см. рис.
10.18) обнаруживается существенное
перераспределение закачиваемой воды по
всему интервалу перфорации. Коэффициент
охвата верхнего интервала пласта после
закачки ПДС увеличился с 48 до 70 %. Это
объясняется увеличением фильтрационного
сопротив-
Динамика показателей работы
добывающих скважин после закачки
ПДС
Показатели |
Номер |
||
216 |
192 |
182 |
|
Среднегодовой суточный дебит |
|||
1991 г. |
3,90 |
1,35 |
3,90 |
1992 г. |
5,94 |
6,60 |
5,94 |
1993 г. |
8,30 |
2,40 |
8,30 |
Среднегодовой суточный дебит по |
|||
1991 г. |
23,10 |
1,80 |
20,60 |
1992 г. |
26,40 |
8,90 |
23,60 |
1993 г. |
31,40 |
3,70 |
29,90 |
Среднегодовое значение обводненности |
|||
1991 г.* |
81,20 |
25,30 |
95,20 |
1992 г. |
74,30 |
23,40 |
94,70 |
1993 г. |
62,20 |
26,60 |
74,40 |
* |
ления
промытых высокопроницаемых обводненных
нижних интервалов продуктивного пласта в
результате закупоривающего действия ПДС и,
как следствие этого, включением в более
активную разработку низкопроницаемых
плохо работающих или ранее неработающих
пропластков коллектора.
Закачка
полимердисперсной системы и ПАВ привела к
положительному изменению показателей
работы всех реагирующих добывающих
скважин, выросли среднесуточные дебиты
скважин по нефти и жидкости при уменьшении
обводненности добываемой продукции. В табл.
10.13 приведены данные об изменении
показателей работы реагирующих скв. 216, 192 и
182 в течение первых двух лет наблюдений за
их работой.
Как видно из приведенных
материалов, закачка ПДС и ПАВ на опытном
участке привела к изменению гидродинамики
работы продуктивного пласта, вовлекая в
разработку низкопроницаемые
нефтенасыщенные участки коллектора, и
показала возможность ограничения добычи
попутной воды. Так, если по скв. 216
среднегодовой суточный дебит по нефти и
жидкости составлял до обработки
соответственно 3,9 и
23.2
м3/сут, то после обработки он
равнялся 8,3 и 31,4 м3/сут, и
обводненность продукции скважины
снизилась с 81,2 до
62.2
%.
Дополнительная добыча нефти
по опытному участку по скв. 216, 192 и 182 за 1991
—1998 гг. составила 18 598 т.
AEADAAEExACEAB IDIADAIIA
IDE AODAiEE NEAA^ElO NI NuAIfCI EAdIIIdEAIiEEII E AAIEl IE AODEЁU I IE
EffillllE
10
10.1. AЁADAAЁЁxAcEAв id iadA 11A IDE AOdA iEE
nEAA^E iu ni NuAI iui EAdiiidEAiiEEii
Расчеты по
формуле (9.248) показали, что при подъеме
кер-ноприемника изменение давления на
забое может достигать высоких
значений.
В результате расчетов по
выражению (8.57) было установлено, что при
движении промывочной жидкости в
пространстве между керноприемником и
внутренней полостью бурильных труб могут
возникнуть значительные потери
давления.
Из практики бурения известно,
что интенсивность разрушения горных пород,
а значит, и механическая скорость проходки
Умех тем выше, чем ниже превышение
забойного давления над
гидростатическим.
Таким образом,
реологические свойства, т.е. величины п и
т0, а также расход жидкости будем
определять из следующих условий:
1)
изменение гидродинамического
давления на забое имеет строго
определенное значение при подъеме
керноприемника с заданной скоростью
ит;
2) потери давления в
пространстве между керноприемником и
внутренней полостью бурильных труб
составляют А р (например, Ар = 2-105
Па);
3) отношение забойного
давления к гидростатическому известно и
составляет рза6/у1 (например,
рза6/у1 = 1,05).
Согласно (9.248) можно
записать:
4lKUr
В соответствии с
(8.57)
Аркп
(10.2)
3
*(1-Га)
21 кТ
n
Ф(га)Г1
— |
[^а )-8ЛЧ3 |
U)- 8ЛЧ3 |
2 —ф(га ) |
|
Т 0г1 |
1 |
[ Т |
Пользуясь выражением (8.57),
составим формулу для определения
превышения забойного давления над
гидростатическим:
2
^(г
^(г
-ф(г
(10.3)
Т
0R
рзаб _ 1
+__
Y1 Уф(га
k)R
2т n
где lK и l — длина
соответственно керноприемника и колонны
бурильных труб; га = гп/г1;
гак = гн/R; гн и R — наружный
радиус колонны бурильных труб и радиус
скважины соответственно.
Оценим, какими
могут быть га и га к. Известно,
что для керноприемника КССК-95 радиус
внешней поверхности гп = = 0,030 м. Тогда
при внутреннем радиусе колонны бурильных
труб г1 = 0,0335 м имеем га = 0,895522.
Принимаем, что толщина стенки колонны
бурильных труб составляет 5 мм. Тогда
гн = 0,0385 м. При радиусе скважины R = 0,0475
м га к = = 0,810526. Для облегчения расчетов
по выражениям (10.2) и
(10.3) целесообразно
рассчитать значения ф(га), ^(га) и
ф(га), которые отличаются от
«ф(гак), ф(гак) и ф(гак)
только значениями га. В табл. 10.1
приведены значения ф(га), ^(га) и
ф(га) в диапазоне га = 0,700 —
0,950.
Т а б л и ц а 10.1
га |
^ (га) |
ф(га) |
ф(га) |
га |
^ |
ф(га) |
ф(га) |
|
0,699 |
1,1293 |
1,2498 |
0,3890 |
0,700 |
1,1225 |
1,2348 |
0,3858 |
|
0,701 |
1, 1156 |
1,2198 |
0,3817 |
0,702 |
1,1088 |
1,2050 |
0,3781 |
|
0,703 |
-1,1021 |
1,1903 |
0,3745 |
0,704 |
-1,0953 |
1,1757 |
0,3710 |
|
0,705 |
-1,0885 |
1,1611 |
0,3674 |
0,706 |
-1,0818 |
1,1469 |
0,3689 |
|
0,707 |
-1,0751 |
1,1327 |
0,3604 |
0,708 |
-1,0684 |
1,1186 |
0,3569 |
|
0,709 |
-1,0617 |
1,1046 |
0,3535 |
0,710 |
-1,0550 |
1,0907 |
0,3501 |
|
0,711 |
-1,0483 |
1,0770 |
0,3457 |
0,712 |
-1,0417 |
1,0634 |
0,3433 |
|
0,713 |
-1,0351 |
1,0499 |
0,3399 |
0,714 |
-1,0285 |
1,0366 |
0,3365 |
|
0,715 |
-1,0219 |
1,0233 |
0,3332 |
0,716 |
-1,0153 |
1,0102 |
0,3299 |
|
0,717 |
-1,0087 |
0,9972 |
0,3266 |
0,718 |
-1,0022 |
0,9843 |
0,3233 |
|
0,719 |
-0,9957 |
0,9715 |
0,3201 |
0,720 |
-0,9892 |
0,9589 |
0,3169 |
|
0,721 |
-0,9827 |
0,9463 |
0,3137 |
0,722 |
-0,9762 |
0,9339 |
0,3105 |
|
0,723 |
-0,9698 |
0,9216 |
0,3073 |
0,724 |
-0,9633 |
0,9094 |
0,3042 |
Продолжение табл. 10.1
9- |
CJ)00^^00OC0t?5OLOO^’^C4JOOO-HC4JLO00C4Jt?5-H^’^-HCJ)00 ^^юа^сооосою^юо^а^^а^’^а^’^а^’^а^юою-н^сооо’^оюсоа^ю-н^’^о^соо^’^о^’^-на^юсоосоюс^о^ а^а^ОО^^ЮЮЮЮ’^’^СОС^С^-н-нООа^а^ООСОСО^^ЮЮЮЮЮ’^’^СОСОСОС^С^С^-н-н-нОООСОа^а^СОСОСОСО^^^^Ю С^1С^С^С^С^С^С^С^С^С^С^С^С^С^С^С^С^С^-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-нОООООООООООО сГ сГ о“ сГ сГ сГ сГ о“ сГ сГ сГ сГ о“ сГ |
^оэюа^юоэсо^оэюа^ююооэ-н^юо^оэс^о-ню^ю-на^оюс^со^сосою-на^о^оа^ою-но-ню-ноосооэю^ ю-нооюсо-ноа^оооосоа)0с^союсо-нюсос^[>с^[>с^со^-н[>юс^осоюю^сосос^сосо^^ю[>а)-нсоюсо-н^[>о^со 00(?)со^а^^ЮС^ОООЮ^СО^а^^Ю’^С^ОСТ)^Ю’^СО-нОСТ)^ЮЮ’^С^-нОСТ)СО^ЮЮ’^СОС^-нОСТ)СТ)СО^ЮЮЮ’^’^СОС^ ООСОСОСО[>[>[>[>[>ЮЮЮЮЮЮЮЮЮЮЮ^^^^^^СОСОСОСОСОСОСОСОСОС^С^С^С^С^С^С^С^С^С^-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н сГ о“ о“ о“ сГ сГ о“ о“ сГ сГ сГ о“ о“ |
|
юоэ-нюа^ю-нг>юсос^-нс^союг>-нюоюс^а^г>ююююоэо^оэсоа^юс^-нооос^^г>-нюс^сою^сососоюсо-нюо 0[>юс^а^[>юс^осою^с^оооююсос^оа)[>юю^сос^-н-ноюа)сооооосооососооососоа)<Т)Оо-нс^со^юю[>а)Ос^ ЮСОС^^а^ОО^ЮЮСОС^^Оа^^ЮЮ’^СОС^Оа^ОО^ЮЮ’^СОС^-на^СО^ЮЮ’^СОС^-нОа^СО^ЮЮЮ’^СОС^-нОа^СО^^Ю а^а^а^а^оооооооооооооооооог>г>г>г>г>г>г>г>ююююююююююююююююююю^^^^^^^^^^^сососососо |
|
L.- |
ЮСООМ^ЮОООМ^ЮОООМ^ОЙОМ^ЮСООМ^ЮОООМ^ЮЙОМ^ЮОООМ^ЮОООМ^ЮООО^^ЮОООМтГЮ с^с^сососососо^^^^^юююююююююю[>[>[>[>[>сососооосоа)а)а)а)а^ооооо-н-н-н-н-нс^с^с^с^с^сосососо |
? |
^а^ОО^а^а^-н’^ООС^^СООООЮЮЮЮЮОО-нЮа^’^а^ЮСООа^ООООООа^-нЮОООЮОЮ-на^^а^’^СОСО’^Ю^ОСО^-нЮ-н ^’^OOC4J’?50LOCJ)COOOC4J^C4Jt?5-Ht?5-Ht?5-Ht?5C4J^C4JOOCOCJ)L0-Ht?5C4JOO’^O^COCJ)t?5C4JCJ)LOC4JOOLOC4JCJ)t?5COO^,;}HC4JCJ)t?5,;}H—|CJ) Oa^OOOO^^t?5L0L0’^’^COCOC4JC4J-H-HOOCJ)CJ)OOOO^^t?5t?5t?5L0L0’^’^’^COCOC4JC4JC4J-H-H-HOOOCJ)CJ)CJ)CJ)OOOOOO^^^^t?5 СОС^С^С^С^С^С^С^С^С^С^С^С^С^С^С^С^С^С^-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н-нОООООООООООО o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ |
сою-нс^с>юоооою[>-нос^а)а)со-нсооо[>а)ююооююоо^^[>сос^^оооа)сооа)с^[>^^[>с^оосоооюююою^ ^COO^’^C’J-HCJ)CJ)OOOOCJ)0-HC4J’^^OCOt?50’^CJ)’^CJ)L0-H^’^-HOOt?5’^C4J-HCJ)OOOOOO^OOOOCJ)OC4JCOLO^CJ)-H-H^O’^^-H (T)^lOMOOOi?ifO-H(T)[^lO^MOOOiniOCO^OOOiniOMM-HaiOO^lOTfMCJ^O^CO^CilO,^fOCJM-HO(T)OOC,‘^OlOlO,!1HOOCO ОООООООООО^^^^ЮЮЮЮЮЮЮЮЮЮЮЮ’^’^’^’^’^’^СОСОСОСОСОСОСОСОС^С^С^С^С^С^С^С^С^С^С^-н-н-н-н-н-н-н-н-н-н o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ |
|
CJ)-H’^HOOC4J^C4JCJ)t?5’^C4JC4JC4JC4J’^t?5CJ)CO^C4JOOLOCO-HOOOC4J’^^-HL0-H^’^-HOCJ)0-HCOLOCJ)-HCJ)LOC4JCJ)OOOOOOCJ)-H’^OOCO ЮтГ-нООЮСО-нООЮ^С^ОООЮ^^О(ЛМ?)^СО^^О(^ООМ?)ЮЮ^тГСОСОСОСО^СОСОСОСОСОСО^ЮЮЮ^ООа)О^МтГЮ ю^со-|оа^ооюю’^ммос^оо^-ю’^сом-ноа^оо^1о,чн^м^о(т10ог,‘ю1о,^сос^-ноа^оо^ю1о,1нмм-ноо(^оо^-ю а^а^а^а^а^оооооооооооооооо[>[>[>[>[>[>[>[>[>ююююююююююююююююююю^^^^^^^^^^^сосососо |
|
L.- |
юг,‘(Т)-нсою^(Т)-нмюг,‘Ф-нсою^(Т)-нмюг,‘Ф-нсою^(Т)-нмю^Ф-нмюг,‘а^-нм1о^Ф-нмю^а^-нсо1о^о-нмю С^С^С^СОСОСОСОСО’^’^’^’^’^ЮЮЮЮЮЮЮЮЮЮ^^^^^ООООООООООО^а^а^а^а^ООООО-н-н-н-н-нС^С^С^С^С^СОСОСО ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^K^K^K^K^K^K^K^K^K^K^K^K^K^K^K^K^K^K^KO0O0O0O0O0O0O0O0O0O0O0O0O0O0O0O0O0O0 o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ o’ |
Га |
^ |
Ф(Га) |
ф(Га) |
Га |
^ (Га) |
Ф(Га) |
ф(Га) |
|
0,837 |
0,3578 |
0,1254 |
0,0667 |
0,838 |
0,3537 |
0,1225 |
0,0655 |
|
0,839 |
0,3495 |
0,1197 |
0,0643 |
0,840 |
0,3454 |
0,1168 |
0,0632 |
|
0,841 |
-0,3412 |
0,1141 |
0,06203 |
0,842 |
-0,3371 |
0,1113 |
0,0609 |
|
0,843 |
-0,3331 |
0,1087 |
0,0598 |
0,844 |
-0,3290 |
0,1060 |
0,05867 |
|
0,845 |
-0,3250 |
0,1035 |
0,0576 |
0,846 |
-0,3210 |
0,1009 |
0,0565 |
|
0,847 |
-0,3170 |
0,0984 |
0,0554 |
0,848 |
-0,3130 |
0,0960 |
0,0544 |
|
0,849 |
-0,309 |
0,0936 |
0,0533 |
0,850 |
-0,3052 |
0,0912 |
0,0523 |
|
0,851 |
-0,3013 |
0,0889 |
0,0513 |
0,852 |
-0,2974 |
0,0867 |
0,0503 |
|
0,853 |
-0,2936 |
0,0844 |
0,0499 |
0,854 |
-0,2897 |
0,0822 |
0,0484 |
|
0,855 |
-0,2859 |
0,0801 |
0,0474 |
0,856 |
-0,2822 |
0,0780 |
0,0464 |
|
0,857 |
-0,2784 |
0,0759 |
0,0455 |
0,858 |
-0,2747 |
0,0739 |
0,0446 |
|
0,859 |
-0,2710 |
0,0719 |
0,0437 |
0,860 |
-0,2673 |
0,0700 |
0,0428 |
|
0,861 |
-0,2636 |
0,0681 |
0,0419 |
0,862 |
-0,2600 |
0,0662 |
0,0410 |
|
0,863 |
-0,2564 |
0,0644 |
0,0401 |
0,864 |
-0,2528 |
0,0626 |
0,0393 |
|
0,865 |
-0,2492 |
0,0608 |
0,0384 |
0,866 |
-0,2456 |
0,0591 |
0,0376 |
|
0,867 |
-0,2421 |
0,0574 |
0,0368 |
0,868 |
-0,2386 |
0,0558 |
0,0360 |
|
0,869 |
-0,2351 |
0,0542 |
0,0352 |
0,870 |
-0,2317 |
0,0526 |
0,0344 |
|
0,871 |
-0,2283 |
0,0510 |
0,0337 |
0,872 |
-0,2248 |
0,0495 |
0,0329 |
|
0,873 |
-0,2215 |
0,0480 |
0,0321 |
0,874 |
-0,2181 |
0,0466 |
0,0314 |
|
0,875 |
-0,2148 |
0,0452 |
0,0307 |
0,876 |
-0,2115 |
0,0438 |
0,0300 |
|
0,877 |
-0,2082 |
0,0425 |
0,0293 |
0,878 |
-0,2049 |
0,0411 |
0,0286 |
|
0,879 |
-0,2017 |
0,0398 |
0,0279 |
0,880 |
-0,1985 |
0,0386 |
0,0272 |
|
0,881 |
-0,1953 |
0,0374 |
0,0266 |
0,882 |
-0,1921 |
0,0361 |
0,0259 |
|
0,883 |
-0,1890 |
0,0350 |
0,0253 |
0,884 |
-0,1858 |
0,0338 |
0,0246 |
|
0,885 |
-0,1827 |
0,0327 |
0,0240 |
0,886 |
-0,1797 |
0,0316 |
0,0234 |
|
0,887 |
-0,1766 |
0,0306 |
0,0228 |
0,888 |
-0,1736 |
0,0295 |
0,0222 |
|
0,889 |
-0,1706 |
0,0285 |
0,0216 |
0,890 |
-0,1677 |
0,0275 |
0,0211 |
|
0,891 |
-0,1647 |
0,0266 |
0,0205 |
0,892 |
-0,1618 |
0,0256 |
0,0200 |
|
0,893 |
-0,1589 |
0,0247 |
0,0194 |
0,894 |
-0,1560 |
0,0238 |
0,0189 |
|
0,895 |
-0,1530 |
0,0229 |
0,0184 |
0,896 |
-0,1503 |
0,0221 |
0,0179 |
|
0,897 |
-0,1475 |
0,0213 |
0,0174 |
0,838 |
-0,1447 |
0,0205 |
0,0169 |
|
0,899 |
-0,1421 |
0,0198 |
0,0164 |
0,900 |
-0,1392 |
0,0190 |
0,0159 |
|
0,901 |
-0,1365 |
0,0183 |
0,0154 |
0,902 |
-0,1337 |
0,0175 |
0,0150 |
|
0,903 |
-0,1313 |
0,0169 |
0,0146 |
0,904 |
-0,1286 |
0,0162 |
0,0141 |
|
0,905 |
-0,1260 |
0,0155 |
0,0105 |
0,906 |
-0,1036 |
0,0105 |
0,0102 |
|
0,907 |
-0,1210 |
0,0143 |
0,0129 |
0,908 |
-0,1184 |
0,0137 |
0,0124 |
|
0,909 |
-0,1159 |
0,0131 |
0,0120 |
0,910 |
-0,1132 |
0,0126 |
0,0116 |
|
0,911 |
-0,1109 |
0,0120 |
0,0113 |
0,912 |
-0,1085 |
0,0115 |
0,0109 |
|
0,913 |
-0,1060 |
0,0110 |
0,0105 |
0,914 |
-0,1036 |
0,0105 |
0,0102 |
|
0,915 |
-0,1014 |
0,0101 |
0,0098 |
0,916 |
-0,0991 |
0,0096 |
0,0095 |
|
0,917 |
-0,0966 |
0,0091 |
0,0091 |
0,918 |
-0,0946 |
0,0088 |
0,0089 |
|
0,919 |
-0,0922 |
0,0083 |
0,0085 |
0,920 |
-0,0899 |
0,0079 |
0,0082 |
|
0,921 |
-0,0878 |
0,0076 |
0,0079 |
0,922 |
-0,0857 |
0,0072 |
0,0076 |
|
0,923 |
-0,0836 |
0,0068 |
0,0073 |
0,924 |
-0,0816 |
0,0065 |
0,0071 |
|
0,925 |
-0,0792 |
0,0061 |
0,0068 |
0,926 |
-0,0713 |
0,0059 |
0,0065 |
|
0,927 |
-0,0750 |
0,0055 |
0,0062 |
0,928 |
-0,0732 |
0,0053 |
0,0060 |
|
0,929 |
-0,0713 |
0,0050 |
0,0058 |
0,930 |
-0,0694 |
0,0047 |
0,0056 |
|
0,931 |
-0,0674 |
0,0044 |
0,0053 |
0,932 |
-0,0655 |
0,0042 |
0,0059 |
|
0,933 |
-0,0636 |
0,0040 |
0,0049 |
0,934 |
-0,0618 |
0,0037 |
0,0047 |
|
0,935 |
-0,0600 |
0,0035 |
0,0045 |
0,936 |
-0,0582 |
0,0033 |
0,0043 |
|
0,937 |
-0,0563 |
0,0031 |
0,0041 |
0,938 |
-0,0556 |
0,0030 |
0,0040 |
|
0,939 |
-0,0529 |
0,0027 |
0,0037 |
0,940 |
-0,0511 |
0,0025 |
0,0035 |
|
0,941 |
-0,0495 |
0,0024 |
0,0033 |
0,942 |
-0,0478 |
0,0022 |
0,0032 |
|
0,943 |
-0,0458 |
0,0021 |
0,0030 |
0,944 |
-0,0446 |
0,0019 |
0,0029 |
|
0,945 |
-0,0432 |
0,0018 |
0,0027 |
0,946 |
-0,0417 |
0,0017 |
0,0026 |
|
0,947 |
-0,0402 |
0,0016 |
0,0024 |
0,948 |
-0,0387 |
0,0015 |
0,0023 |
|
0,949 |
-0,0372 |
0,0013 |
0,0032 |
0,950 |
-0,0356 |
0,0012 |
0,0020 |
2
^АРк.п
ф(га )г1Арк.п /
/
+
^Т-т-^(а ) +
Ф(Га
1 V
тП
I т2r 2
1 кт 0r1
(а
)пАРк.п
2I „т 0
т Or2
q
+
к Ц pf —1
2т
0
(10.5)
+
Из равенства значений q,
вычисленных по выражениям
(10.4) и (10.5),
получим
А1т2 + В1т
0 + С1 = 0.
Значит,
— В1 +
В12 — 4АС1
(10.6)
т 0 =
2А<
где
8p(
-l) “P(r*
)iP“
А1
R3^(ra к) _
^(а ) .
В1
8
8 ‘
ё = ^Ф(а
к( ( Рзаб _1^_
r14p(ra
)АРк.п1 32
( yI
J 32IK
‘
Таким образом, определив
т0 по формуле (10.6), можно согласно (10.1)
найти п, что позволяет по (10.4) и (10.5)
вычислить расход жидкости.
Найдем п,
т0 и q при следующих исходных данных: R =
= 0,0475 м; r1 = 0,0335 м, r0 = 0,0300 м,
гн = 0,0385 м, !к = = 13,71 м, ! = 2500 м.
Значит, в данном случае га = 0,895522, га
к = 0,810526. Тогда согласно табл. 10.1
^(га) = —0,1530,
Ф(Га) = 0,0229,
p(ra) = 0,0184, ф(га к) = 0,2249, p(ra к)
= 0,1041, ^(ra к) = -0,4791.
256
Проведем
расчеты по формуле при различных значениях
Рзаб/у1.
Таким образом,
A _
0,0050776 • 10-5 _ 0,0023936
;
1 Рзаб / У’ _ 1
АРк.п. ‘
В1 _ -0,5698988 •
10_5;
С1 _ 0,0017 •
10_5(рза6/у _ 1)_ 0,5282 •
10_5.
В табл. 10.2 приведены значения
т0, найденные по формуле
(10.6) при
различных рза6/у и Аркп.
Из
табл. 10.2 видно, что при 1 • 105 Па
< Ар < 4Т05 Па наблюдается
незначительное изменение т0. Поэтому
в дальнейшем для простоты будем
ориентироваться на средние значения
т0, т.е. на т0 при Ар = = 2,5-105
Па.
Для принятых исходных данных по
формуле (10.1) можно
записать:
_5
001643628 (Ар _ 10445,67549 • т0).
•10
(10.7)
п _-
ит
В табл. 10.3
приведены значения п, рассчитанные по
формуле (10.7) при различных ит, Ар и
рраз/у.
Т а б л и ц а 10.2
рзаб/У |
т0, Па, при |
1 05 Па |
|||||
1 |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
3,0 |
3,5 |
4,0 |
|
1,030 |
4,443 |
4,157 |
4,149 |
4,144 |
4,140 |
4,138 |
4,136 |
1,035 |
4,770 |
4,747 |
4,736 |
4,729 |
4,725 |
4,722 |
4,719 |
1,040 |
5,366 |
5,336 |
5,321 |
5,313 |
5,307 |
5,303 |
5,300 |
1,045 |
5,962 |
5,924 |
5,906 |
5,895 |
5,887 |
5,882 |
5,878 |
1,050 |
6,559 |
6,513 |
6,490 |
6,476 |
6,467 |
6,460 |
6,455 |
1,055 |
7,158 |
7,101 |
7,074 |
7,057 |
7,046 |
7,040 |
7,032 |
1,060 |
7,758 |
7,691 |
7,657 |
7,660 |
7,625 |
7,615 |
7,608 |
1,065 |
8,360 |
8,281 |
8,242 |
8,244 |
8,203 |
8,192 |
8,058 |
1,070 |
8,965 |
8,872 |
8,827 |
8,830 |
8,782 |
8,769 |
8,760 |
Т а б л и ц а 10.3
рраз/У |
п |
, 10-3 Па-с, |
при различных значениях |
|||
0,5 |
0,6 |
0,8 |
1,0 |
1,2 |
1,4 |
|
Ар = |
||||||
1,030 |
5,151 |
4,292 |
3,219 |
2,576 |
2,147 |
1,840 |
1,035 |
4,940 |
4,125 |
3,094 |
2,475 |
2,062 |
1,768 |
1,040 |
4,750 |
3,958 |
2,969 |
2,375 |
1,979 |
1,696 |
1,045 |
4,550 |
3,792 |
2,844 |
2,275 |
1,896 |
1,625 |
Рраз/У! |
п |
, 10-3 Па-с, |
при различных значениях |
|||
0,5 |
0,6 |
0,8 |
1,0 |
1,2 |
1,4 |
|
1,050 |
4,351 |
3,626 |
2,719 |
2,175 |
1,812 |
1,554 |
1,055 |
4,151 |
3,459 |
2,594 |
2,076 |
1,730 |
1,483 |
1,060 |
3,944 |
3,287 |
2,465 |
1,972 |
1,643 |
1,409 |
1,065 |
3,743 |
3,119 |
2,339 |
1,872 |
1,560 |
1,337 |
1,070 |
3,542 |
2,952 |
2,214 |
1,771 |
1,476 |
1,265 |
АР = 4-105 Па |
||||||
1,030 |
11,726 |
9,772 |
7,239 |
5,863 |
4,886 |
4,188 |
1,035 |
11,526 |
9,605 |
7,204 |
5,763 |
4,802 |
4,116 |
1,040 |
11,324 |
9,437 |
7,077 |
5,662 |
4,718 |
4,044 |
1,045 |
11,124 |
9,270 |
6,952 |
5,562 |
4,635 |
3,973 |
1,050 |
10,926 |
9,105 |
6,829 |
5,463 |
4,552 |
3,902 |
1,055 |
10,726 |
8,938 |
6,704 |
5,363 |
4,469 |
3,831 |
1,060 |
10,518 |
8,765 |
6,574 |
5,259 |
4,382 |
3,756 |
1,065 |
10,318 |
8,598 |
6,449 |
5,159 |
4,299 |
3,685 |
1,070 |
10,116 |
8,430 |
6,322 |
5,058 |
4,215 |
3,612 |
Ар = 6-105 Па |
||||||
1,030 |
18,300 |
15,250 |
11,437 |
9,150 |
7,625 |
6,536 |
1,035 |
18,100 |
15,083 |
11,312 |
9,050 |
7,542 |
6,464 |
1,040 |
17,900 |
14,917 |
11,187 |
8,950 |
7,458 |
6,393 |
1,045 |
17,700 |
14,750 |
11,062 |
8,850 |
7,375 |
6,321 |
1,050 |
17,500 |
14,583 |
10,937 |
8,750 |
7,292 |
6,250 |
1,055 |
17,300 |
14,417 |
10,812 |
8,650 |
7,208 |
6,179 |
1,060 |
17,094 |
14,245 |
10,684 |
8,547 |
7,122 |
6,105 |
1,065 |
16,892 |
14,077 |
10,557 |
8,446 |
7,038 |
6,033 |
1,070 |
16,692 |
13,910 |
10,432 |
8,346 |
6,955 |
5,961 |
Ар = 8-105 Па |
||||||
1,030 |
24,874 |
20,728 |
15,546 |
12,437 |
10,364 |
8,884 |
1,035 |
24,674 |
20,562 |
15,421 |
12,337 |
10,281 |
8,812 |
1,040 |
24,474 |
20,395 |
15,296 |
12,237 |
10,197 |
8,741 |
1,045 |
24,274 |
20,228 |
15,171 |
12,137 |
10,114 |
8,669 |
1,050 |
24,074 |
20,062 |
15,016 |
12,037 |
10,031 |
8,598 |
1,055 |
23,874 |
19,895 |
14,921 |
11,937 |
9,947 |
8,526 |
1,060 |
23,668 |
19,723 |
14,792 |
11,834 |
9,862 |
8,453 |
1,065 |
23,468 |
19,556 |
14,667 |
11,734 |
9,778 |
8,381 |
1,070 |
23,266 |
19,388 |
14,541 |
11,633 |
9,694 |
8,309 |
АР |
= 10-105 Па |
|||||
1,030 |
31,450 |
26,208 |
19,656 |
15,725 |
13,104 |
11,232 |
1,035 |
31,248 |
26,040 |
19,530 |
15,624 |
13,020 |
11,160 |
1,040 |
31,048 |
25,873 |
19,405 |
15,524 |
12,937 |
11,089 |
1,045 |
30,848 |
25,707 |
19,280 |
15,424 |
12,853 |
11,017 |
1,050 |
30,648 |
25,540 |
19,155 |
15,324 |
12,770 |
10,946 |
1,055 |
30,450 |
25,375 |
19,031 |
15,225 |
12,687 |
10,875 |
1,060 |
30,242 |
25,202 |
18,901 |
15,121 |
12,601 |
10,801 |
1,065 |
30,042 |
25,035 |
18,776 |
15,021 |
12,517 |
10,729 |
1,070 |
29,840 |
24,867 |
18,650 |
14,920 |
12,433 |
10,657 |
АР |
= 12-105 Па |
|||||
1,030 |
38,024 |
31,687 |
23,765 |
19,012 |
15,843 |
13,580 |
1,035 |
37,824 |
31,520 |
23,640 |
18,912 |
15,760 |
13,509 |
1,040 |
37,622 |
31,352 |
23,514 |
18,811 |
15,676 |
13,436 |
рра/Yl |
п |
, 10-3 Па^с, |
при |
|||
0,5 |
0,6 |
0,8 |
1,0 |
1,2 |
1,4 |
|
1,045 |
37,422 |
31,185 |
23,389 |
18,711 |
15,592 |
13,365 |
1,050 |
37,224 |
31,020 |
23,265 |
18,612 |
15,510 |
13,294 |
1,055 |
37,024 |
30,853 |
23,140 |
18,512 |
15,426 |
13,223 |
1,060 |
36,816 |
30,680 |
23,010 |
18,408 |
15,340 |
13,149 |
1,065 |
36,616 |
30,513 |
22,885 |
18,308 |
15,257 |
13,077 |
1,070 |
36,414 |
30,345 |
22,759 |
18,207 |
15,172 |
13,005 |
Расход
жидкости рассчитаем, подставив исходные
данные формулу (10.5):
2
0,22640_6 т 0
29,6685 $ _1
q
ГГ _1
¦ 28,42836 $ Ьм. _1 + 0,2249 <.
(10.8)
т 0 %
Y ) I
В табл. 10.4 приведены результаты
расчетов по формуле (10.8); значения т0
взяты из табл. 10.2 при Аркп = 2,5 •
105 Па, а значения п — из табл. 10.3 при
различных Ар.
Т а б л и ц а 10.4
рзаб y |
с, 3/ 3м —3 0 q, |
при различных значениях |
||||
0,5 |
0,6 |
0,8 |
1,0 |
1,2 |
1,4 |
|
Ар |
= 2 • 105 Па |
|||||
1,030 |
1,6381 |
1,9660 |
2,6214 |
3,2757 |
2,6639 |
3,1084 |
1,035 |
1,8332 |
2,1954 |
2,9227 |
3,6591 |
3,0625 |
3,5717 |
1,040 |
2,0521 |
2,4628 |
3,2832 |
4,1043 |
3,6400 |
4,2323 |
1,045 |
2,2867 |
2,7439 |
3,6585 |
4,5735 |
4,3235 |
5,0445 |
1,050 |
2,5435 |
3,0520 |
4,0701 |
5,0881 |
5,2155 |
6,0814 |
1,055 |
2,8275 |
3,3932 |
4,5247 |
5,6537 |
6,3479 |
7,4051 |
1,060 |
3,1459 |
3,7747 |
5,0335 |
6,2919 |
8,8133 |
9,1110 |
1,065 |
3,4988 |
4,1986 |
5,5990 |
6,9958 |
9,6600 |
11,2712 |
1,070 |
3,8928 |
4,5942 |
6,2779 |
7,7857 |
12,0117 |
14,0152 |
Ар |
= 4 • 105 Па |
|||||
1,030 |
0,7196 |
0,8635 |
1,1657 |
1,439 |
1,7270 |
2,0149 |
1,035 |
0,7857 |
0,9428 |
1,2571 |
1,5714 |
1,8859 |
2,2002 |
1,040 |
0,8608 |
1,0329 |
1,3774 |
1,7216 |
2,0661 |
2,4104 |
1,045 |
0,9353 |
1,1224 |
1,4966 |
1,8707 |
2,2445 |
2,6188 |
1,050 |
1,0129 |
1,2154 |
1,6205 |
2,0257 |
2,4311 |
2,8361 |
1,055 |
1,0943 |
1,3132 |
1,7508 |
2,1885 |
2,6263 |
3,0645 |
1,060 |
1,1852 |
1,4222 |
1,8963 |
2,3704 |
2,8448 |
3,3034 |
1,065 |
1,2692 |
1,5232 |
2,0307 |
2,5385 |
3,0163 |
3,5511 |
1,070 |
1,3630 |
1,6356 |
2,1810 |
2,7261 |
3,2713 |
3,8174 |
Рзаб Y! |
q, 10 3 м3/с, |
при различных значениях ит, м/с |
||||
0,5 |
0,6 |
0,8 |
1,0 |
1,2 |
1,4 |
|
АР |
= 6 — |
|||||
1,030 |
0,4611 |
0,5533 |
0,7378 |
0,9222 |
1,1967 |
1,2910 |
1,035 |
0,5003 |
0,6004 |
0,8006 |
1,0007 |
1,2008 |
1,4010 |
1,040 |
0,5446 |
0,6535 |
0,8713 |
1,0891 |
1,3070 |
1,5247 |
1,045 |
0,5878 |
0,7054 |
0,9406 |
1,1757 |
1,4108 |
1,6460 |
1,050 |
0,6324 |
0,7589 |
1,0118 |
1,2650 |
1,5176 |
1,7706 |
1,055 |
0,6784 |
0,8139 |
1,0856 |
1,3569 |
1,6283 |
1,8995 |
1,060 |
0,7258 |
0,8710 |
1,1613 |
1,4517 |
1,7421 |
2,0324 |
1,065 |
0,7753 |
0,9309 |
1,2405 |
1,5496 |
1,8608 |
2,1707 |
1,070 |
0,8260 |
0,9912 |
1,3217 |
1,6519 |
1,9825 |
2,3131 |
АР |
= 8 — |
|||||
1,030 |
0,3392 |
0,4071 |
0,5428 |
0,6785 |
0,8142 |
0,9498 |
1,035 |
0,3670 |
0,4404 |
0,5873 |
0,7341 |
0,8801 |
1,0277 |
1,040 |
0,3983 |
0,4779 |
0,6373 |
0,7966 |
0,9559 |
1,1152 |
1,045 |
0,4286 |
0,5144 |
0,6858 |
0,8573 |
1,0287 |
1,2002 |
1,050 |
0,4597 |
0,5516 |
0,7355 |
0,9194 |
1,1032 |
1,2871 |
1,055 |
0,4916 |
0,5899 |
0,7866 |
0,9832 |
1,1800 |
1,3776 |
1,060 |
0,5242 |
0,6291 |
0,8388 |
1,0485 |
1,2581 |
1,4678 |
1,065 |
0,5580 |
0,6697 |
0,8929 |
1,1161 |
1,3393 |
1,5626 |
1,070 |
0,5926 |
0,7112 |
0,9482 |
1,1853 |
1,4224 |
1,6595 |
АР |
= 10 — |
|||||
1,030 |
0,2683 |
0,3220 |
0,4293 |
0,5366 |
0,6439 |
0,7513 |
1,035 |
0,2898 |
0,3478 |
0,4637 |
0,5796 |
0,6956 |
0,8115 |
1,040 |
0,3140 |
0,3767 |
0,5023 |
0,6279 |
0,7535 |
0,8790 |
1,045 |
0,3373 |
0,4047 |
0,5397 |
0,6746 |
0,8305 |
0,9689 |
1,050 |
0,3611 |
0,4333 |
0,5777 |
0,7222 |
0,8666 |
1,0110 |
1,055 |
0,3855 |
0,4625 |
0,6167 |
0,7709 |
0,9251 |
1,0790 |
1,060 |
0,4103 |
0,4923 |
0,6564 |
0,8205 |
0,9846 |
1,1487 |
1,065 |
0,4356 |
0,5231 |
0,6975 |
0,8719 |
1,0602 |
1,2206 |
1,070 |
0,4621 |
0,5544 |
0,7393 |
0,9242 |
1,1368 |
1,2938 |
АР |
= 12 — |
|||||
1,030 |
0,2219 |
0,2663 |
0,3551 |
0,4438 |
0,5326 |
0,6214 |
1,035 |
0,2394 |
0,2873 |
0,3831 |
0,4789 |
0,5746 |
0,6703 |
1,040 |
0,2591 |
0,3109 |
0,4145 |
0,5182 |
0,6218 |
0,7255 |
1,045 |
0,2780 |
0,3336 |
0,4448 |
0,5561 |
0,6673 |
0,7785 |
1,050 |
0,2973 |
0,3568 |
0,4757 |
0,5946 |
0,7135 |
0,8324 |
1,055 |
0,3107 |
0,3804 |
0,5072 |
0,6340 |
0,7691 |
0,8876 |
1,060 |
0,3370 |
0,4044 |
0,5392 |
0,6740 |
0,8088 |
0,9436 |
1,065 |
0,3577 |
0,4292 |
0,5723 |
0,7153 |
0,8584 |
1,001 |
1,070 |
0,3786 |
0,4544 |
0,6058 |
0,7573 |
0,9088 |
1,060 |
Покажем, как используются табл.
10.2-10.4. Пусть по технологическим
соображениям Рза6/у! = 1,05, потери
давления в кольцевом пространстве между
керноприемником и колонной труб составляют
4-105 Па, скорость подъема
керноприемника ит = 1 м/с, а изменение
гидродинамического дав-260
ления на забое
Ар = 2Т05 Па. Тогда согласно табл. 10.2
динамическое напряжение сдвига т0
= 6,45 Па,
структурная
вязкость в соответствии с
табл. 10.3 п = 2,175Т0-3 Па^с, а расход
жидкости q = 5,088•10_3 м3/с. Если при
прочих равных условиях сохраняется
изменение гидродинамического давления на
забое Ар = 4405 Па, то, как и прежде,
т0 = = 6,45 Па, п = 0,005463Т0-3 Па^с,
расход жидкости q = = 2Д885Т0-3
м3/с.
Так как средняя скорость
жидкости в пространстве между внешней
поверхностью колонны бурильных труб и
стенками скважины
v=_q_
n(
R2 _ гн
то для успешного
выноса выбуренной породы должно
соблюдаться условие, при котором v
больше скорости свободного осаждения
vs.
Полагаем, что обтекание частицы
диаметром d^. происходит при структурном
режиме. При y т = 2,64404 Н/м3, y =
= 1,2^104 Н/м3, т0 = 6,45 Па
согласно формуле (2.20)
d0 = 0,00599
м.
Тогда при диаметре частицы d^. = 0,010
м
= 1,6671.
d0
Так как
< 3,0,
d0
обтекание происходит
при структурном режиме. Согласно формуле
(2.17) скорость свободного
осаждения
0,00146854
п
Значит,
при п = 2,175 • 10-3 Па^с и п = 5,463 • 10-3
Па^с имеем vs1 = 0,675 м/c и vs2 = 0,2688
м/с. Расход жидкости при п = 2,175 • 10-3
Па^с составляет q1 = 5,088 • 10-3
м3/с, а при п = 5,463 • 10-3 Па^с
q2 = 2,1885 • 10-3 м3/с. Тогда
соответствующие значения средней скорости
v1 = 2,092 м/с, v2 = = 0,900 м/с.
Так как
v1 > vs1 и v2
> vs2, то в рассматриваемых случаях
выбуренные частицы будут выноситься.
10.2. AEADAAEExANEAG IDIADAIIA
ide aodAiEE NEAA^Eiu AAIeiie AбDEЁй^IЁ
Е1Ё1111Ё
10.2.1. AEADAAЁExANEAв IdIAdAIIA A
NЁбxAA,
EIAAA dA^a6dA i iab I Id IAA IIN66IAA6 AI A i66dA
Иё шбй
oA fбDAЁй IIЁ E№Iiiu A AEAA
п0ЁA IAn
Так как существует
условие (3.23) (минимум потерь давления в
зависимости от расхода жидкости), то
логично полагать, что и давление нагнетания
рн также имеет минимум относительно
расхода жидкости.
Пусть механическая
скорость проходки составляет v^ =
= 400
м/ч, радиус скважины R = 0,042 м, радиусы
внутренней полости центральной и внешней
колонны соответственно г1 = 0,021 м,
г3 = 0,0305 м, наружный радиус центральной
колонны г2 = 0,024 м, пористость
разбуриваемой породы m = 0,2, вязкость
жидкости и динамическое напряжение сдвига
соответственно пж = 0,015 Па^с, т0 = 3
Па, удельный вес породы и промывочной
жидкости yп = 2,6 • 104
Н/м3,
Y = 1,2 • 104 Н/м3,
длина колонны трубы (глубина
скважины)
= 200 м.
Тогда расход
выбуренной породы
400 • 0, 8
qт
= nR v (1 _ m) = п • 0,0422— = 0,000492
м3/с.
3600
Значит, согласно (6.5)
вязкость смеси при принятых исходных
данных определяется как
2
о
/ п ппплпос:
псм =
0,015
1 +_2^_+10,05 0,0004926
& +
0,0004926 + qж %
0,0004926 + qж
)
п пппчп $ 0,0081772
&
+ 0,00273expi-‘¦-1
(10.9)
% 0,0004926 + q ж )
Имеем также
га = 0,787. Согласно табл. 10.1 ^(ra) = =
-0,5945, ф(Га) = 0,3463, ф(Га) =
0,1448.
Тогда по выражению (8.61)
рн
=-и/9,28-+ 27 1 7 1 4,5 1 86[(0,5945 + 43q ж
гн
q,„ + 0.0004926 Lv
+ .j(05945+43q^f-)3463
+100{13,09372 x x 106(q ж + 0,0004926)см +
400,9429 +
+ j[13,09372-106(qж +
0,0004926)см + 400,9429]2 — ->
^ — 85951,02}.
(10.10)
В табл. 10.5 приведены
значения Рн, вычисленные по формулам
(10.9) и (10.10) при различных q^
Из табл. 10.5
видно, что Р н имеет минимум
относительно q^ т.е. выполняется условие
=
0. (10.11)
dq
ж
Значит, согласно (8.61) и условию
(10.11)
8Лж q»
2
^ (q ж + q т)+Пс
Тл
п
1
2
^(п
-ф(п
2
Тл п
, q~r(V т Y ж) +
16Лж
(qж + Зт )2
^(ra)г
2,806
(10.12)
2
+ 2,8066-То—
¦ 4,2116
—0)
П1
Т а
б л и ц а 10.5
q^ |
Рн, 105 Па |
q^ м3/с |
Рн, |
|
0,0010 |
22,22 |
0,0040 |
20,42 |
|
0,0020 |
19,70 |
0,0050 |
21,48 |
|
0,0022 |
19,60 |
0,0060 |
22,72 |
|
0,0024 |
19,55 |
0,0090 |
26,94 |
|
0,0030 |
19,68 |
0,0100 |
28,43 |
|
0,0034 |
19,92 |
0,0110 |
29,93 |
Значение
Эпсм/Э|ж определяется по
формуле (6.9), а псм — согласно
(6.5).
Принимая во внимание геометрию
поперечных сечений каналов, можно прийти к
выводу, что решение данной задачи
целесообразно проводить при сочетаниях
режимов течения, приведенных
ниже.
Центральная
Кольцевое
труба
пространство
Здесь С и Т —
соответственно структурный и турбулентный
режимы течения.
При турбулентном режиме
течения давление у нижнего торца
центральной колонны
0 25 /
0
75
YжС|ж+утЗт I +
0,008957244П5см
$YжС|ж+утЗт) l(qж +
qт)75.
(10.13)
q ж + q т
g ’
Г1
Значение р6аш
можно определить из выражения (8.59),
составленного для структурного режима
течения жидкости в кольцевом
пространстве:
(10.14)
Рбаш =
Рн + Y ж1 — 4^ Х ф(Га)Гз
2 |
|||||
Х |
— |
^)- 8П|ж |
+ |
^(га)- |
— |
т0гз |
т0гз |
Из
значений р6аш, найденных по формулам
(10.13) и (10.14), получим
i(q ж+q
0
Рн = q
g O’V75
ф(га )Гз
q
т+q ж
Согласно условию
(10.11) и выражению (10.15)
дПс
0,25-
q ж + q т
(q
т+q ж )2
g
0,75 L 4,75„4,75g
11 Мсм
dq
ж
Y т — Yж
0089724n°^5 $ YжЗж + YтЗ ‘
075
см I 1 жч ж 1 1 тч
тq ж + q т
Х
2 |
||||
— |
^(Га )— 8nq ж |
+ |
^(Га )— 8nq |
— ф(Га ) |
т 0Г3 |
2 Т 0Г3 |
q т (Y т Y ж )
0,008974( Y ж1 ж
+ Y т1 т
0,7 5 CM
(Y T Y ж )q T (Y ж3 ж
+ Y Tq T ) ж + q T
+
1,75Псм[ + /6П 4
X
I ф(га )
^(r
ж
Т
0r33
1
0
(10.16)
X
2
^(r
ж
—
ф| г
Тп г
03
Pac4eTbi по уравнению
(10.16) ведугся с помощью формул (6.9) и (6.5).
Теперь составим выражение для определения
давления нагнетания при турбулeнтном
режиме тeчeния в центральной колонне труб и
в пространстве между внешней и внутренней
бурильной колонны.
Давление у нижнего
торца колонны из раccмотрeния течения смеси
в трубе определяется по выражению
(10.13).
Составив уравнение динамического
равновесия жидкости, движущейся в
кольцевом пространстве, с помощью формул
Дарси — Вейсбаха и Блазиуса получим
0,0089724n 025y ^,75lq
ж75
Рн + Y ж1
—
(10.17)
r2 )25q 075
Из равенства значений Рбаш,
найденных по формулам (10.13) и (10.17), можно
составить следующее выражение для
определения давления нагнетания:
рн (Y T Y ж )
0
Рн = —-‘- + —
„0,25
Лсм
00897241
(Y
ж3 ж + Y Tq т ) ( ж +
q т ) +
q ж + q т
g075
n025Y ж753 ж75
——
(10.18)
По
условию (10.11) и формуле (10.18) получим
0,19(У ж3 ж +
Y Tq т ) (
Зт^т-Уж] + 0,0089724
1-3 т ) дПс
(q ж+q
т )2
g0‘75
см5 0,75y ж (q
ж + q т) + Y жЯ
ж + Y тЯ т +
1,75n0‘25Y Ж75д
Ж75 / 0,25
.
> 1,75
(Y
жд ж + Y тд т ) $ Г
2 — Г2
Найдем, какое из этих
трех сочетаний режимов течения в трубе и
кольцевом пространстве наиболее часто
встречается в практике бурения двойной
колонной.
Проведем сначала расчеты при
Г3 = 0,0305 м, Г1 = = 0,0174 м, Г2 =
0,0240 м.
Все расчеты проведем при y = 1,2 •
104 Н/м3.
Очевидно, что для
решения задачи необходимо определить
параметр Рейнольдса в трубе и кольцевом
пространстве, т.е. Reт и ReK.m
а также критические значения параметра
Рейнольдса Re^ и Re^.^.
Таким
образом,
ReKii = 2Yq =14288,8(10.20)
Ж
п(3 + Г2 )д
n
Reт = ^Yq^ = 44755,
2 . (10.21)
пГ1пд
n
В практике бурения двойной
бурильной колонной представляет интерес
случай Га = Г2/Г3 > 0,7.
Тогда по формуле (8.29) критическое значение
параметра Рейнольдса в кольцевом
пространстве определяется так:
4т 0 (3 — Г
2 )2 Y
+10958,324
Га
gn2
Re^K^ = —6740,7 + 29,05
Так
как Га = Г2/Г3 = 0,78688,
то
0,4406
Re^ = 1882,19 + 14,50477% .
(10.22)
Согласно формуле (1.38)
критическое значение параметра
Рейнольдса
$ 2
& $
& 0,33498
2|
| = 166,3619,
| . (10.23)
Re^ =
145,842, 2 , ———, 2
%n
I gn j % n /
В
табл. 10.6 приведены результаты расчетов по
формулам
(10.20) и (10.21) при различных
ЯЖ и n 266
Зж. 10-3 м3/с |
ReKII при различных п, 10-3 |
ReT при |
||||
10 |
20 |
40 |
10 |
20 |
40 |
|
0,4 |
571,5 |
285,7 |
142,9 |
1790,2 |
895,1 |
447,5 |
0,5 |
714,4 |
357,2 |
178,6 |
2237,8 |
1118,9 |
559,4 |
0,6 |
857,2 |
428,6 |
214,3 |
2685,3 |
1342,6 |
671,3 |
0,7 |
1000,1 |
500,0 |
250,0 |
3132,9 |
1566,4 |
783,2 |
0,8 |
1143,0 |
571,5 |
285,7 |
3580,4 |
1790,2 |
895,3 |
0,9 |
1285,9 |
642,9 |
321,5 |
4028,0 |
2014,0 |
1007,0 |
1,0 |
1428,7 |
714,3 |
357,2 |
4475,5 |
2237,7 |
1118,9 |
1,1 |
1571,6 |
785,8 |
392,9 |
4923,1 |
2461,5 |
1230,8 |
1,2 |
1714,5 |
857,2 |
428,6 |
5370,6 |
2685,3 |
1342,6 |
1,3 |
1857,4 |
928,7 |
464,3 |
5818,2 |
2909,1 |
1454,5 |
1,4 |
2000,2 |
1000,1 |
500,0 |
6265,7 |
3132,8 |
1566,4 |
В
табл. 10.7 приведены значения Иекркп и
Иекрт, найденные по формулам (10.22) и
(10.23) при различных т0 и
п.
Аналогичные расчеты по определению
режима течения проведем при r3 = 0,0480 м,
r1 = 0,0284 м, r2 = 0,0375 м. Значит,
согласно (10.20), (10,21), а также (10.22) и
(10.23)
Иекп = 9108,07
п
ReT = 27420,15-^;
п
$
& 0,4406
Re^.K.!! = 1820,4906
+ 22,1332 (±0. |
J
$
& 0,33498
$ Т о
&
Re^i- = 230,994
I?J
Т а б л
и ц а 10.7
т0, Па |
^^кр.к.п |
при различных п, 10-3 Па-с |
Re^ т при различных п, |
|||
10 |
20 |
40 |
10 |
20 |
40 |
|
1 |
2721,5 |
2337,8 |
2129,6 |
3638,9 |
2287,2 |
1437,5 |
2 |
3021,2 |
2500,6 |
2217,9 |
4590,0 |
2884,9 |
1813,2 |
3 |
3244,0 |
2621,6 |
2283,6 |
5257,7 |
3304,6 |
2077,0 |
4 |
3428,1 |
2721,5 |
2337,8 |
3428,1 |
2721,4 |
2337,8 |
5 |
3587,8 |
2808,2 |
2384,9 |
3587,8 |
2808,2 |
2384,9 |
6 |
3730,4 |
2885,6 |
2427,0 |
3730,4 |
2885,6 |
2427,0 |
7 |
3860,3 |
2956,2 |
2465,3 |
3860,3 |
2956,2 |
2465,3 |
8 |
3980,2 |
3021,2 |
2500,6 |
3980,2 |
3021,2 |
2500,1 |
9 |
4092,0 |
3081,9 |
2533,5 |
4092,0 |
3081,9 |
2533,5 |
10 |
4197,0 |
3138,9 |
2564,5 |
4197,0 |
3138,9 |
2564,5 |
В
табл. 10.8 и 10.9 приведены значения ReKn,
ReT, а также ReKp.K.n. ReKp.T при
различных Яж, п и Т0.
Из сравнения данных,
приведенных в табл. 10.6 — 10.9, видно, что
вероятным сочетанием режимов течения
являются: 1) структурный режим движения
глинистого раствора в кольцевом
пространстве и во внутренней полости
центральной колонны; 2) структурное течение
в кольцевом пространстве и движение при
турбулентном режиме течения во внутренней
полости центральной колонны.
В числе
выражений, составляющих гидравлическую
программу, необходимо использовать
уравнения (6.10) или (6.11), полученные из
условия минимума потерь давления в
центральной колонне.
Очевидно, что
закачиваемая жидкость должна обеспечивать
успешный вынос выбуренной породы.
Т а б л
и ц а 10.8
Яж° 10 3 м3/с |
ReKII при различных п, 10-3 |
Re.r при |
||||
10 |
20 |
40 |
10 |
20 |
40 |
|
0,4 |
364,3 |
182,1 |
91,1 |
1096,8 |
548,4 |
274,2 |
0,5 |
455,4 |
227,7 |
113,8 |
1371,0 |
685,5 |
342,7 |
0,6 |
546,5 |
273,2 |
136,6 |
1645,2 |
822,6 |
411,3 |
0,7 |
637,6 |
318,6 |
159,4 |
1919,4 |
959,7 |
479,8 |
0,8 |
728,6 |
364,3 |
182,1 |
2193,6 |
1096,8 |
548,4 |
0,9 |
819,7 |
409,8 |
204,9 |
2467,8 |
1233,9 |
616,9 |
1,0 |
910,8 |
455,4 |
227,7 |
2742,0 |
1371,0 |
685,5 |
1,1 |
1001,9 |
500,9 |
250,5 |
3016,2 |
1508,1 |
754,0 |
1,2 |
1093,0 |
546,5 |
273,2 |
3290,4 |
1645,2 |
822,6 |
1,3 |
1184,0 |
592,0 |
296,0 |
3564,6 |
1782,3 |
891,1 |
1,4 |
1275,0 |
637,5 |
318,7 |
3838,8 |
1919,4 |
959,7 |
Т а б л и ц а 10.9
т0, Па |
^^кр.к.п |
при |
Re^ т при различных п, 10-3 Па-с |
|||
10 |
20 |
40 |
10 |
20 |
40 |
|
1 |
3101,2 |
2515,8 |
2198,0 |
5052,7 |
3175,7 |
1996,0 |
2 |
3558,6 |
2764,1 |
2332,8 |
6373,2 |
4005,7 |
2517,7 |
3 |
3898,6 |
2948,7 |
2433,0 |
7300,4 |
4588,5 |
2884,0 |
4 |
4179,4 |
3101,2 |
2515,8 |
8038,9 |
5052,7 |
3175,7 |
5 |
4423,1 |
3233,5 |
2587,6 |
8662,9 |
5444,8 |
3422,2 |
6 |
4640,8 |
3351,7 |
2651,8 |
9208,4 |
5787,7 |
3637,7 |
7 |
4839,0 |
3459,3 |
2710,2 |
9696,4 |
6094,4 |
3830,5 |
8 |
5021,9 |
3558,6 |
2764,1 |
10140,0 |
6373,2 |
4005,7 |
9 |
5192,5 |
3651,2 |
2814,4 |
10548,1 |
6629,7 |
4167,0 |
10 |
5352,7 |
3738,2 |
2861,6 |
10927,0 |
6867,9 |
4316,6 |
Отличительной
особенностью бурения скважины двойной
бурильной колонной являются значительные
расходные концентрации выбуренной породы в
центральной колонне. Действительно, если
расход выбуренной породы
qт =
nR2vмех( — m),
то расходная
концентрация nR2v мех (l — m)
а о =
— Ме .
<10.24)
nR v мех (1 —
m) + q ж
Следовательно, при R = 0,042 м и
m = 0,2
а 0,0044334V
мех
а о—•
0,0044334v мех + q
ж
В табл. 10.10 приведены значения а0
при различных qж и
Vмеx.
Из
табл. 10.10 видно, что а0 может достигать
больших значений, и поэтому следует
учитывать фактор стесненного движения
выбуренных частиц в промывочной
жидкости.
При объемной (истинной)
концентрации выбуренной породы в
промывочной жидкости ах абсолютная
скорость движения жидкости равна ———, а
абсолютная скорость
f(1 — а х
)
“тттлама» q
т
f (1 -а х )
Следовательно,
относительную скорость осаждения частицы
можно найти как
vг = —Н-ж—Hi—,
(10.25)
f (1 -а х ) f (1
-а х )
где f — площадь
поперечного сечения центральной колонны.
Из определения расходной
концентрации
q = ЗДж .
(10.26)
т 1 — а0
Т а б
л и ц а 10.10
Нж, 10-3 м3/с |
а0 при различных v^, м/с |
||||
100 |
200 |
400 |
600 |
800 |
|
0,6 |
0,17030 |
0,29103 |
0,45085 |
0,55187 |
0,62156 |
0,8 |
0,13340 |
0,23540 |
0,38109 |
0,48015 |
0,55187 |
1,0 |
0,10965 |
0,19763 |
0,33003 |
0,42492 |
0,49627 |
1,2 |
0,09307 |
0,17030 |
0,29103 |
0,38109 |
0,45085 |
1,4 |
0,08085 |
0,14961 |
0,26028 |
0,34546 |
0,41305 |
v = Яж_а x —
а 0__(10 27)
V f аx (1 —
а0) — ах )
Разделив левую и
правую части выражения (10.27) на скорость
свободного осаждения vs, получим
в =
Я ж Iа X —а0-V,
(10.28)
а x 11 -а x 111 -а 0
где в = ^; Я
ж = Я^.
vs
fvs
Экспериментальными
исследованиями Д.М. Минца и С.А. Шуберта [20]
по изучению восходящих потоков суспензий,
составленных из воды и твердых частиц,
движущихся через вертикальные трубы, было
получено следующее
выражение:
$24гаx
& +|1-аx)3,
(10.29)
24га X X— +
Rec0
vAy
где Re =
пд
Y (y т —
Y) nd3
(10.30)
2
дп
6
z = 4,5 + 0,019.
Здесь
c0 — коэффициент
сопротивления.
Значение с
определяется в зависимости от режима
обтекания частицы; формулы, приведенные
ниже, выведены согласно экспериментальным
исследованиям проф. Р.И. Ши-щенко [26,
27].
При структурном режиме
обтекания
с0 = 3,«0*,(Yт-y) ,
(10.31)
$ Г & 42
d(- 1j ^2
где d0 — диаметр
нетонущей частицы, определенный по
выражению (2.20).
Коэффициент
сопротивления при обтекании в случае
турбулентного режима и режима турбулентной
автомодельности в зависимости от формы
частицы находится по формулам 270
(2.22) —
(2.25), а режим обтекания устанавливается
согласно неравенствам (2.26) — (2.28).
Из
равенства значений в, найденных по формулам
(10.28) и (10.29), можно записать:
Нж(х
-ао) а х (-а х )-ао
24гах ( 24гах
& /, 3
х—
+ „ II _ „х I +(1-ах ) —
:0.
% ReC
ReC
Отсюда
_
а х (1-а х ) — а о)
25х- + (^х) +(1 -ах )
(10.32)
q ж
По формуле (10.32) найдем зависимость
ах _ f ( *, а0 )
при
ут = 2,64 • 104 Н/м3, у =
1,2 • 104 Н/м3, dт = 0,01 м,
т0 = 2 Па, П = 0,010 Па^с.
Для определения
режима обтекания вычислим по
формуле
(2.20) диаметр нетонущей
частицы
0,82559
_ ( 4,544 • 2& % 14400
)
do
_ 0,002281 м.
Значит,
^ _ 3,3878. do
Так
как
3,0
> 7,0,
d0
то
режим обтекания структурный и согласно
формуле (2.17) скорость свободного осаждения
vs = 0,6625 м/с. Следовательно,
параметр Рейнольдса
Re
_
810,39.
ng
v^y
0,6625 • 0,01 • 1,2 • 104
0,01 • 9,81
Согласно
(10.19) коэффициент обтекания C = 1,419684. По (10.29)
г = 10,27019.
Тогда по
(10.20)
а х (1-а х )(1-а 0
)
. (10.33)
q
-0,2142417ах + J0,0458995а2 + (1 —
ах
В табл. 10.11 приведены
значения qж при различных а0
и
х
ax |
q ж a0 = 0,1 |
ax |
q ж прё a0 = 0,2 |
ax |
q ж прё a0 = 0,3 |
ax |
q ж a0 = 0,4 |
0,105 0,110 0,115 0,120 0,125 0,130 0,135 0,140 |
13,95 7,19 4,94 3,80 3,12 2,66 2,33 2,08 |
0,204 0,206 0,210 0,215 0,220 0,225 0,230 0,240 |
21,69 14,49 8,74 5,86 4,42 3,55 2,97 1,61 |
0,305 0,310 0,315 0,320 0,325 0,330 0,340 0,350 |
15,36 7,64 5,07 3,78 3,00 2,88 1,84 1,44 |
0,405 0,410 0,415 0,420 0,425 0,430 0,435 0,440 |
11,00 5,42 3,57 2,64 2,08 1,71 1,44 1,24 |
Из табл. 10.11 видно, что
при данном a0 существует определенное
q * = q ^р, выше которого отмечается
слабое уменьшение ax, т.е. q*
> q*р можно принять, что происходит
вынос твердой частицы.
Ниже приведены
значения q * при различных
a0.
1кр
0 0,10 0,20
0,30
0,40
q^……………………………………….1
1,50 2,0 2,5
3,0
В результате обработки была
получена следующая зависимость:
q * = 1
+ 5a 0. (10.34)
Имея в виду выражение
для a0, перепишем формулу (10.34)
так:
q кр___5nR v мех
(1 — m)__1 = 0 (10
35)
fys nR2v мех (1 — m)
+ qКр Значит,
q =
fvs J
fvs -nR2v
мех (1 — m) +
q ж 2
< fvs
fvs
-nR^ мех (1 — m)
fv*
-.2
v fv
+ 24nR
v мех (1 — m)
(10.36)
Известно, что
скорость свободного осаждения vs
определяется по формуле (2.21), а коэффициент
сопротивления в зависимости от режима
обтекания — согласно одному из соотношений
(2.22) — (2.24).
При структурном обтекании по
соотношениям (2.17) и (10.31)
2
0.82559
3
dT
(10.37)
4,544
v< = 0,66dT
п
Согласно (1.38) или (10.23) максимально
возможный расход жидкости, при котором еще
сохраняется структурный режим,
определяется так:
364, 4957
1,67 0,335 0,665
0,33
(10.38)
q Ж =
0,665 Г1
Т 0 9
П .
Y
Таким
образом, для составления гидравлической
программы располагаем тремя уравнениями —
(6.10), (10.36) и (10.37) с тремя неизвестными —
Яж, п и т0. Указанная
система решается так: по уравнению (6.11),
полученному из условия минимума потерь
давления в центральной колонне, определяем
зависимость
Яж = f ( Т0
).
(10.39)
Аналогичную серию
кривых рассчитываем согласно (11.38) и по
сответствующим точкам пересечения
зависимостью (10.38) и (10.39) находим
ф(т 0).
(10.40)
п
Приравняв
правые части выражений (10.38) и (10.36),
получим
fv<
fv< -nR2v |
fv< — nR2v мех (1 — m) |
2 + 24nR2м мех (1 — |
fv< |
fv< |
fv< |
—
ri667x 0,335g
0,665п033 = 0.
(10.41)
Y ‘
При R = 0,042 м, m = 0,2,
^ех = 400 м/ч, = 0,0174, Yт = = 2,64 •
104 Н/м3, y = 1,2 • 104 Н/м3
и различных т0 в результате
совместного решения уравнений (6.10) и (10.38)
были получены значения п и т0,
приведенные в табл. 10.12.
При dт = 0,010
м и dт = 0,005 м, а также прочих равных
исходных данных по уравнению (10.41)
определены значения П при заданных т0
(табл. 10.13).
т0, Па |
П, Па-с |
т0, Па |
П, |
|
1,0 |
0,0675 |
3,0 |
0,0405 |
|
1,2 |
0,0612 |
4,0 |
0,0364 |
|
1,4 |
0,0570 |
6,0 |
0,0315 |
|
1,6 |
0,0532 |
8,0 |
0,0284 |
|
1,8 |
0,0498 |
10,0 |
0,0266 |
|
2,0 |
0,0472 |
15,0 |
0,0230 |
|
2,5 |
0,0434 |
20,0 |
0,0206 |
Т а б л и ц а 10.13
d = |
0,01 м |
dт = 0,005 м |
|
т0, Па |
П, |
т0, Па |
П, |
5,0 |
0,0280 |
1,0 |
0,0450 |
5,5 |
0,0290 |
1,2 |
0,0480 |
6,0 |
0,0300 |
1,4 |
0,0500 |
6,5 |
0,0308 |
1,6 |
0,0520 |
7,0 |
0,0317 |
1,8 |
0,0550 |
7,5 |
0,0324 |
2,0 |
0,0560 |
8,0 |
0,0330 |
2,5 |
0,0590 |
8,5 |
0,0339 |
3,0 |
0,0620 |
9,0 |
0,0347 |
4,0 |
0,0653 |
9,5 |
0,0353 |
5,0 |
0,0675 |
10,0 |
0,0360 |
10,0 |
0,0770 |
Т а б л
и ц а 10.14
d^ м |
Т0 |
п |
qж, м3/с |
0,010 |
6,5 |
0,0308 |
0,00221 |
0,005 |
1,5 |
0,0530 |
0,00161 |
По данным табл. 10.12 и 10.13 были
построены кривые зависимости n = f(T0)
и по точке пересечения найдены п
и т0 при dT = 0,01 и 0,005 м, что
позволило по формуле (10.38) вычислить
соответствующий расход жидкости.
Результаты расчетов приведены в табл.
10.14.
10.2.2. АЁАВААЁЁхАЙЁАВ IDIADA IIA А ЙЁбхАА,
Ё1ААА AЁADААЁЁхАСЁАВ IIDIAA IIN66i’aA6 А ОА fбDAЁU
Ё1Ё111б A АЁАА ЁADIA
Расход жидкости,
необходимый для выноса керна, определяется
по формуле (8.179), и при этом Ар* и р0
рассчитываются согласно (8.176) и (8.180).
Известно, что турбулентный режим течения
характеризуется наличием пульсации
скоро-274 сти и давления, амплитуда которых
может быть значительной. Имея в виду это
обстоятельство, сохранность керна от
обломов будет более высокой, если
поддерживать структурный режим течения в
трубе. Тогда максимально возможный расход,
при котором еще сохраняется структурный
режим, определяется по формуле (10.38).
Из
условия минимума давления у нижнего торца
бурового снаряда или минимума потерь
давления в центральной колонне бурильных
труб располагаем уравнением (6.10), вязкость
смеси твердой фазы и жидкости находится по
формуле (6.5).
Следовательно, задача по
определению п, т0, Q, а следовательно, и
ит решается так. Задаемся ^ех, m,
R, r0, r1, а значит, и
га(га = r0/r1). По
формуле (8.180) находим р0. Принимаем
какое-либо т0, а следовательно, и т0 и
по выражению (8.176) определяем
соответствующее значение Ар*. Далее,
рассматривая совместно выражения (8.179) и
(10.38), методом последовательных приближений
находим п. Аналогичные расчеты выполняем
при различных т0 и определяем
зависимость п = = f(T0). Кривую
зависимости п = Ф(т0) рассчитываем
также по выражениям (6.5), (6.10) и (10.38). По точке
пересечения кривых п = f(T0) и п =
Ф(т0) устанавливаем единственные п и
т0, что позволяет по формуле (10.38) найти
расход жидкости, а по (8.177) — скорость
движения керна.
УНИВЕРСАЛЬНЫЕ МЕТОЛЫ
ОПРЕЛЕЛЕНИЯ
10.1.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ ЭМИССИОННЫМ И
АТОМНО-АБСОРБЦИОННЫМ
МЕТОДАМИ
Пламенно-фотометрический
(эмиссионный) метод был впервые предложен
Бунзеном и Кирхгофом еще в середине
прошлого века. Он основан на измерении
интенсивности излучения возбуждаемых в
пламени атомов. Дальнейшим развитием
пламенно-фотометрического метода стал
атомно-абсорбцион-ный анализ. Этот метод,
основанный на поглощении
характеристического излучения
невозбужденными атомами, был предложен в 1955
г. австралийским ученым А. Уолшем,
разработавшим оригинальный источник
монохроматического цвета — лампу с полым
катодом.
Принятие закона “Об
обеспечении единства измерений” поставили
лаборатории перед необходимостью
внедрения современных и общепринятых в
мире методов исследования, в частности
методов атомно-абсорбционной и
атомноэмиссионной
спектрометрии.
Представленные в данной
главе методы основываются на использовании
различных типов спектрометров. При этом в
качестве атомизатора используются разные
источники излучения.
ПРИНЦИПЫ
МЕТОДОВ
При распылении в пламени
раствора, содержащего соли металлов,
растворитель испаряется, а соли
распадаются на атомы и простые молекулы. По
прошествии 10-3 с возбужденный
электрон возвращается в основное
состояние, излучая свет с
характеристическим спектром. Число
возбужденных атомов составляет менее 1 % от
общего числа атомов определяемого элемента
в пламени. При повышении температуры их
количество увеличивается и интенсивность
излучения усиливается. Интенсивность
излучения зависит от
концентрации
элемента в пробе. Это
свойство атомов используется в
пламенно-фотометрическом методе
анализа.
В атомно-абсорбционном методе
(AAS) термическая энергия пламени также
используется на испарение растворителя и
разложение соединений на атомы. Но в
отличие от метода пламенной фотометрии,
здесь представляют интерес атомы,
находящиеся в пламени, в основном,
невозбужденном состоянии. Они способны
поглощать (абсорбировать)
характеристическое излучение,
эмиссированное дополнительным источником
при возбуждении в нем атомов
анализируемого элемента.
В основе
метода лежит эффект резонансного
поглощения излучения определенной длины
волны свободными атомами определяемого
элемента при прохождении этого излучения
через атомный пар исследуемого образца.
Атомы элемента, находящегося в
невозбужденном стабильном состоянии,
способны селективно поглощать световую
энергию определенной длины волны, переходя
из основного состояния в верхнее
-возбужденное.
Оптическую плотность
поглощающей среды называют абсорбцией. При
фиксированной толщине поглощающего слоя и
выбранной для этого элемента длине волны
проходящего излучения величина абсорбции
линейно зависит от концентрации
определяемого компонента. Этот факт и лежит
в основе атомно-абсорбционного
анализа.
Для успешной реализации этого
метода для каждого определяемого
компонента необходимо иметь источник
резонансного излучения, которое
избирательно поглощается только этим
элементом. В настоящее время в качестве
источников резонансного излучения
наиболее широко используются лампы с полым
катодом, в которых излучают возбужденные
атомы именно того элемента, который
подлежит определению.
Определяемый
компонент находится в исследуемом образце
часто в виде соединений. Для эффективного
поглощения резонансного излучения его
необходимо перевести в элементное
состояние. Для этой цели служат
атомизаторы, в которых за счет высокой
температуры (порядка 2000-3000 °С) образец
переводят в атомные пары. На практике
обычно используется высокотемпературное
пламя (воздух-ацетилен,
динитроксид-ацетилен) или
электротермический атомизатор типа
графитовой печи. Таким образом, увеличение
любым путем числа атомов в пламени приводит
к увеличению чувствительности определения,
как в пламенно-фотометрическом, так и
атомноабсорбционном методах. Увеличение
числа атомов в возбужденном состоянии за
счет атомов, находящихся в основном
состоянии, приведет к увеличению
чувствительности эмиссионного метода и к
уменьшению чувствительности
абсорбционного и наоборот.
Пламенно-фотометрический метод
используется, главным образом, для
определения щелочных металлов, для
возбуждения которых не требуется очень
высокая температура пламени. Возможности
атомно-абсорбционного метода значительно
шире.
В настоящее время в эмиссионном и
абсорбционном методах применяют одну и ту
же аппаратуру; устройства для испарения
пробы, выделения излучения соответствующей
длины волны, измерения и записи
интенсивности этого излучения. Кроме того,
для атомно-абсорбционного метода требуется
дополнительный источник света, излучение
которого поглощается атомами
определяемого элемента.
Распыление проб
— общий этап анализа эмиссионным и
абсорбционным методами. Способ распыления
должен обеспечить введение в пламя
воспроизводимого количества раствора.
Используют два типа распылителей — со
сливом и с обратным потоком. В первом случае
раствор распыляют в токе воздуха,
направленном перпендикулярно к оси
капилляра подающего раствор. При этом
большие капли жидкости собираются в
конденсационной камере и удаляются
посредством механического слива, а мелкие
поступают на горелку.
В распылителях с
обратным потоком для экономии раствора
конденсат собирается и возвращается
обратно в пробу. При этом распылитель и
горелка составляют одно целое. После
распыления пробы растворитель испаряется,
а соли разлагаются (атомизируются) на атомы
или молекулы, способные поглощать или
излучать свет. В качестве испарителя и
атомизатора чаще всего применяют пламя.
Однако существуют и другие методы
атомизации, в частности при анализе твердых
проб. Метод испарения твердых веществ с
использованием высокотемпературной печи
широко применяется в атомной абсорбции. При
этом пробу выпаривают досуха на торце
угольного электрода, который вводится в
цилиндрическую печь, нагретую до 2000-3000 °С.
Электрод одновременно нагревают дугой
постоянного тока. Одно из преимуществ этого
метода — возможность продувки печи инертным
газом для предотвращения образования
труднолетучих оксидов.
Устройство для
выделения линии спектра должно обеспечить
отделение линии излучения определяемого
элемента от спектральных линий других
элементов и фона. Для этой цели
используются монохроматоры, полосу
пропускания которого можно менять,
варьируя широту входной и выходной
щелей.
Применение светофильтров в
настоящее время ограничено, так как они
имеют значительную область пропускания, и
следовательно, недостаточную селективную
способность.
В настоящее время для
измерения эмиссии и абсорбции пламени
используют фотоумножители.
Эмиссионным
и атомно-абсорбционным способами
определяются элементы (металлы), которые
являются наиболее трудоемкими для
химического определения.
В настоящее
время более прогрессивным является метод
атомной абсорбции. Однако многие
химические лаборатории отрасли оснащены
пламенными фотометрами, которые надежно
позволяют определять щелочные металлы
(калий, натрий), как наиболее эффективные
показатели обводнения скважин при
разработке месторождений.
Отбор
проб. Отбор проб производится согласно
“Требованиям к отбору проб”. Пробы
отбирают в предварительно вымытую и
ополоснутую исследуемой водой посуду.
Допустимо использовать, как посуду из
белого стекла, так и полиэтиленовые
бутылки. Предварительное консервирование
при определении щелочных металлов не
проводится, поэтому выполнение анализа
возможно из пробы, отобранной на общее
определение. Пробу подкисляют азотной
кислотой до рН = 3. Допускается подкисление
соляной кислотой. Если вода мутная, ее
фильтруют через плотный фильтр. Сосуд
плотно закрывают, доставляют в лабораторию
и хранят в темном месте.
Мешающие
влияния. Определению мешает высокая
концентрация органического вещества,
которое образует в высокоминерализованных
водах с искомыми микрокомпонентами —
металлами комплекс соединения. Для
устранения мешающего влияния, пробы
подкисляют смесью 50 % азотной и соляной
кислот, добавляют 30 % перекиси водорода
(примерное количество 2 мг3 на 100
мг3 пробы) и подвергают пробу
разложению в микроволновой печи. Допустимо
проводить выпаривание пробы на водяной
бане до половины исходного объема.
Для
удаления взвеси, засоряющей распылитель
прибора при проведении определения, пробу
перед определением отфильтровывают.
При
определении содержания щелочных металлов
щелочноземельные элементы создают помехи,
которые можно уменьшить добавлением 0,1 моль
раствора сульфата алюминия.
При
определении стронция большое влияние на
чувствительность метода оказывает
содержание кальция. Для подавления влияния
кальция на интенсивность излучения
стронция можно использовать 0,5 моль
раствора хлористого аммония.
Элемент, |
Основные стандартные растворы |
Эталонная шкала, мг/дм3 |
||
Навеска соли, г/дм3 |
Способ приготовления (в мерной колбе на 1 |
Диапазон |
Раствори тель |
|
Натрий |
2,4516 |
Растворить при обычных условиях |
Индивидуально, в зависимости от |
Вода |
Калий |
1,9070 |
То же |
0,5-1,0 2,0-5,0 10,0-20,0 40,0-50,0 |
Вода |
Рубидий |
1,4147 |
Смочить водой и добавить HCl |
0,05-0,1 0,2-0,4 0,6-0,8-1,0 |
Вода |
Литий |
5,3233 |
0,1-0,51,0-2,05,0-10,0 |
Вода |
|
Стронций |
1,9991 |
То же |
Вода |
|
Железо |
8,635 |
Растворяют в 25 см3 серной |
0,1-0,25 0,5-1,0 2,5-5,0 |
Вода |
Кобальт |
0,40 |
Растворяют в 25 см3 воды, приливают 5 |
0,1-0,25 0,5-1,0-2,0 |
Вода |
Медь |
3,929 |
Растворяют в 25 |
0,1-0,20,4-0,5-1,0 |
0,001 н серная |
Никель |
4,785 |
То же |
0,1-0,25 0,5-1,0 2,5-5,0 |
|
Свинец |
1,600 |
Растворяют в 25 см3 воды, содержащей |
0,25-0,51 ,0-2,0-5,0 |
0,001 н азотная кислота |
Серебро |
0,787 |
Доводят водой до 1 дм3 |
0 , |
Вода |
Цинк |
1,000 |
Растворяют в соляной кислоте (1:1), доводят |
0,1-0,20,2-0,5 |
Раствор соляной кислоты (10 г/дм3) |
Если мешающее влияние
посторонних ионов достаточно сильное,
используют метод стандартных добавок (см.
далее).
Реактивы. Для анализа
используют реактивы только аналитической
квалификации и дистиллированную
воду.
Азотная кислота
HNO3.
Азотная кислота, 0,001 н. Готовят
из фиксанала разбавлением.
Соляная
кислота HCl.
Соляная кислота, 10 г/дм3.
2,4 см3 соляной кислоты помещают в
мерную колбу вместимостью 100 см3 и
доводят водой до метки.
Серная кислота
H2SO4.
Серная кислота, 0,001 н.
Готовят из фиксанала разбавлением.
Соли
для приготовления эталонных
шкал.
Хлористый натрий NaCl.
Хлористый
калий KCl.
Хлористый рубидий RbCl.
Литий
углекислый Li2CO3.
Стронций
углекислый SrCO3.
Цинк
гранулированный Zn.
Медь сернокислая
CuSO4 • 5H2O.
Квасцы
железоаммонийные FeNH4(SO4)2
• 12H2O.
Никель сернокислый NiSO4
• 7H2O.
Свинец азотнокислый
Pb(NO3)2.
Кобальт хлористый
CoCl2 • 6H2O.
Серебро
азотнокислое AgNO3.
Стандартные
растворы должны сохраняться в химически
инертных сосудах, таких как полиэтиленовые
бутылки. Если использовать стеклянную
посуду, то при хранении в стандартные
растворы могут попасть следы щелочей из
стекла. Растворы нужно готовить в мерных
колбах 1 дм3, тщательно, с предельной
осторожностью, поскольку, чем точнее
приготовлен стандартный раствор, тем выше
точность анализа.
Для приготовления
стандартных растворов удобно использовать
государственные стандартные образцы
водных растворов (ГСО), предназначенные для
градуировки, проверки и аттестации средств
измерения в водных средах, а также для
контроля показателей точности измерений,
выполненных по МВИ.
Рабочие стандартные
растворы готовят разбавлением основных
стандартных растворов в мерных колбах
(табл. 10.1).
Подготовка прибора к
работе должна производиться строго по
инструкции, прилагаемой к прибору. Особое
внимание следует обратить на следующие
операции:
тщательно устанавливают длину
волны аналитической линии;
правильную
установку длины волны для каждого
индивидуального прибора устанавливают по
максимуму абсорбции стандартного раствора
(максимум отклонения стрелки измерителя
энергии);
соотношение ацетилена и
сжатого воздуха устанавливают
экспериментально по максимуму абсорбции
стандартного раствора;
правильность
выбора ширины щели проверяют по максимуму
отклонения стрелки
микроамперметра;
после каждого
измерения обязательно контролируют
чистоту горелки и распылительной системы
по дистиллированной воде, добиваясь
возврата стрелки регистрирующего
устройства в нулевое
положение;
контролируют качество работы
распылителя по скорости и равномерности
распыления раствора при двухкратном
измерении стандартного
раствора;
проверяют наличие запирающего
слоя воды в сливном шланге;
проверяют
стабильность работы прибора повторным
измерением нулевой и стопроцентной
абсорбции до стабилизации измеряемой
величины.
В начале работы нужно
откалибровать прибор с помощью серии
рабочих стандартных растворов на
определение искомого компонента. Нулевые
показания прибора устанавливаются по
дистиллированной воде, а чувствительность
метода регулируется так, чтобы стандарт с
наивысшим содержанием элемента
соответствовал определенным показаниям
регистрирующего прибора (не
зашкаливать).
Для обеспечения работы
прибора в лаборатории должна быть
предусмотрена система подачи сжатого
воздуха и горючего газа.
После
соответствующей подготовки прибора
приступают к анализу проб. Пробу, если
необходимо, отфильтровывают и разбавляют
или концентрируют в зависимости от
выбранной методики. Сначала измеряют
стандартные растворы в порядке возрастания
содержания определяемого элемента (4-5
стандартов), а затем — анализируемые пробы
воды. После каждого
замера пробы
(стандартного раствора) промывают горелку,
измеряют величину абсорбции “холостой
пробы” (дистиллированная вода) до
получения стабильного измерения, повторяют
2-4 раза и результат измерения усредняют. Из
величины абсорбции измеряемой пробы
вычитают величину абсорбции “холостой
пробы”.
Стандартные растворы измеряют в
течение всего периода работы через каждые
5-10 проб в зависимости от стабильности
показаний.
Построение калибровочного
графика. Для каждого определяемого
элемента строят калибровочный
график.
Полученный график иногда
воспроизводится изо дня в день, но при
условии, что поток газов в горелку
установлен без отклонений. Здесь нельзя
дать четких рекомендаций, так как работа с
каждым индивидуальным прибором имеет свои
особенности. В общем случае графики нужно
время от времени перепроверять.
Обработка результатов
В
случае прямого определения содержание
определяемого элемента в пробе находят
непосредственно по графику. Если перед
анализом объем пробы был изменен
разбавлением или концентрированием, то
результат X (мг/дм3) рассчитывают
по формуле
X = а • п,
где а —
массовая доля элемента, найденная по
калибровочному графику; п —
разведение.
Пример расчета. Для
определения железа пробу исследуемой воды
объемом 5 см3 разбавили до объема 20
см3. Величина концентрации железа по
графику составила 4 мг/дм3:
X = 4
• 20 : 5 = 16 мг/дм3.
Способ
стандартных добавок. Этот способ
рекомендуется применять, если мешающее
влияние компонентов, содержащихся в
растворе настолько велико, что достоверное
определение содержания искомого элемента
прямым способом оказывается невозможным.
При проведении определения в качестве
стандартных шкал используются сами пробы с
фиксированными добавками определяемого
компонента. Для проведения определения в
этих случаях в две мерные колбы одинаковой
вместимости отбирают равные аликвотные
части исследуемого раствора. В одну колбу
добавляют известное количество
опре-
Рис. 10.1. Графический расчет
концентрации элемента в пробе при работе по
методу добавок
деляемого компонента
(например, 5 мг/дм3) и обе пробы доводят
водой до равного объема. Затем определяют
показание прибора для каждого раствора.
Графический способ определения по методу
добавок состоит в том, что по оси абсцисс
откладывают концентрации, а по оси ординат —
отсчеты, полученные регистрирующим
устройством (рис. 10.1). Отрезок ОА
соответствует отсчету для исследуемой
пробы, отрезок CD -для пробы с добавкой.
Соединив точки А и D прямой линией,
продолжают ее до пересечения с осью абсцисс
в точке В. Отрезок ОВ — 1 мг/дм3
соответствует концентрации определяемого
компонента в пробе.
Для большой точности можно
сделать не один раствор с добавкой, а два с
различными добавками (например, 5
и
10 мг/дм3). Получив
отсчеты, вычисления проводят по обеим
добавкам, затем берут средний
результат.
Пример расчета. При
определении лития методом добавок получены
следующие значения отсчетов
микроамперметра:
Раствор пробы — 7
мА.
Раствор пробы с добавкой 5
мг/дм3 — 16 мА.
Раствор пробы с
добавкой 10 мг/дм3 — 25 мА.
Отсюда
отсчет для раствора пробы, в которую
введено 5 мг/дм3 Li равен 9 делениям.
Отсчет для пробы, в которую введено 10
мг/дм3 Li равен 18
делениям.
Содержание лития в пробе по
раствору с добавкой 5
X = 5 • 7 : 9 = 3,9
мг/дм3;
по раствору с добавкой
10
10.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ
МЕТАЛЛОВ МЕТОДОМ АТОМНО-ЭМИССИОННОГО
АНАЛИЗА С ИНДУКТИВНОЙ
ПЛАЗМОЙ
Атомно-эмиссионный анализ с
индукционной плазмой занимает почетное
место в ряду самых эффективных и массовых
методов химического анализа. Это
высокочувствительный, многоэлементный,
производительный, гибкий метод анализа,
позволяющий получать воспроизводимые
результаты с малой абсолютной погрешностью
при определении как микро-, так и
макроконцентраций элементов в самых разных
по составу объектах. Он позволяет
одновременно определять большое число
элементов (до 70), обладает низкими пределами
обнаружения (10-7— 10-4 г/дм3),
и широким диапазоном определяемых
концентраций (10-6—10
г/дм3).
Аналитические
характеристики метода обеспечиваются
источником возбуждения — высокочастотным
индукционным разрядом в аргоне при
атмосферном давлении, который обладает
хорошей временной стабильностью, высокой
температурой и обеспечивает эффективную
атомизацию и возбуждение поступающего в
него анализа.
Источником возбуждения в
этом методе является безэлект-родный
высокочастотный разряд в аргоне, созданный
и поддерживаемый в специальной плазменной
горелке (плазмотроне), представляющей собой
сборку из трех, реже из двух, концентрически
расположенных тщательно подогнанных
кварцевых трубок. В зазор между ними
подается охлаждающий поток газа (аргона или
молекулярного газа), по центральной трубке
передается транспортирующий поток, который
переносит аэрозоль в плазму. Для
возбуждения разряда необходима
предварительная ионизация газа, для чего
обычно используют высоковольтную искру.
После того как газ стал электропроводным,
возникает разряд, энергия в который
подается магнитным полем, который
индуцируется током высокой частоты.
Описанный разряд называют индукционным.
Поток аргона, подаваемый в зазор между
трубками, с одной стороны, служит
плазмообразующим газом, с другой — отжимает
раскаленную плазму от стенок внешней
трубки, предохраняя ее от разрушения.
Анализируемое вещество в виде аэрозоля
подается в потоке аргона по центральной
трубке, осушается, диссоциирует и
атомизируется. Образовавшиеся атомы
переходят в возбужденное состояние и
частично ионизируются. Плазменная горелка
имеет систему регулировки газовых потоков
и ввода пробы (распылитель растворов,
генератор гибридов и пр.). В комплект
атомно-эмиссионного спектрометра входят
также спектральный прибор (многоканальный
квантометр или сканирующий монохроматор),
фотоприемники и электронные блоки для
усиления и интегрирования сигналов, и,
наконец, электронно-вычислительная машина
с устройствами для управления
спектрометром и обработки информации. В
настоящее время на базе индукционной
плазмы создаются три спектральных метода
анализа: плазма используется как источник
возбуждения в атомно-эмиссионной
спектрометрии, как атомизатор в
атомно-флуоресцентной спектрометрии и как
источник ионов в масс-спектрометрии.
В
целом метод атомно-эмиссионной
спектрометрии с индукционной плазмой (АЭмС
и ИнП) предназначен для определения
химических элементов, растворенных или
суспензированных в жидкости. Он позволяет
анализировать как водные, так и
органические растворы, хотя анализ
органических растворов сложнее, чем водных.
При анализе измеряют стационарные сигналы,
поэтому при измерениях расходуется
несколько миллилитров жидкости, причем
объем пробы зависит от числа определяемых
элементов. Метод, в принципе, позволяет
определять все металлы, хотя определение
низких содержаний щелочных элементов
(особенно рубидия) затруднительно. Для
определения бора, фосфора, азота и серы
необходимо использовать вакуумированные
спектрометры или создавать в них
бескислородную атмосферу (заполнять азотом
или аргоном). Из галогенов при обычных
условиях определяется только йод. Кислород,
водород, как правило, не
определяются.
Метод дает возможность
определять одновременно большое число
элементов. Однако при этом остро встает
проблема мешающих влияний — одна из самых
сложных в этом виде анализа. Поэтому при
работе пользователь должен заранее решить,
что для него важнее: определение большого
числа элементов в различных по составу
объектах или высокая точность
анализа.
АЭмС и ИнП — чувствительный
метод анализа и пределы обнаружения его
низки. Однако при оценке пределов
обнаружения необходимо учитывать, что они
зависят от характера источника возбуждения
(частоты генератора, типа горелки, состава
использованных газов), от типа распылителя,
от характеристик спектрометра, от
использования специальной техники ввода
проб, от типа пробы.
Правильность
анализа при корректной пробоподготовке в
значительной степени определяется
качеством использованных градуировочных
растворов. При этом с небольшой
погрешностью (порядка 10 %) можно
использовать простые градуировки,
например, водные растворы определяемых
элементов. Достижение погрешностей менее 10
% требует значительных усилий.
Подготовительные операции (приготовление
шкал и пр.) аналогично работе на
атомно-абсорбционном спектрометре.
10.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ
МЕТОДОМ ИОНОМЕТРИИ
Ионометрические
определения проводят в водах различного
генетического типа, прозрачных цветных,
мутных с минерализацией до 1000
мг/дм3.
Отбор проб. Пробы
отбирают согласно “Требованиям к отбору
проб” в стеклянную или полиэтиленовую
посуду.
Сущность метода. Метод
основан на возникновении
концентрационного электрического
потенциала на границе между селективным
электродом и раствором, содержащим
определяемый ион. Для нахождения
потенциала с помощью прибора -иономера
измеряют электродвижущую силу (эдс),
возникающую между селективным электродом и
электродом сравнения, помещенными в
анализируемый раствор. Электродная функция
описывается уравнением Нернста:
Е =
Е0 — 2,3 RT/(F ¦ lg a),
где Е
— эдс анализируемого раствора; Е0 — эдс
раствора с активностью определяемого иона,
равной 1; 2,3 RT/F — крутизна и
чувствительность функции; а —
активность определяемого иона.
Для
перехода от активности к концентрации
выравнивают коэффициенты активности в
измеряемых растворах путем добавления
инертного электролита (буферного раствора)
с высокой ионной силой.
Пределы
линейного диапазона концентраций
определяют путем построения
калибровочного графика, при этом функцию
электрода можно представить, как
зависимость от концентрации.
Определение ионов галогенов и
калия
Мешающие влияния. Работе
электродов мешают примеси конденсата,
нефти, технических жидкостей, используемых
при разработке месторождения (метанол, ДЭГ,
СПАВ, ингибиторы и др.). В случае образования
на электродах органических пленок,
мешающих работе, электроды тщательно
промывают растворителями, кислотами или
щелочами. Затем выдерживают в
дистиллированной воде. Функцию электродов
восстанавливают путем вымачивания их в
специальных
растворах:
Элемент…………………….. F—
J— Br— K
+
Раствор для вымачивания KF KJ KBr
KCl
Неорганические ионы, мешающие
определению компонентов, приведены в табл.
10.2.
Для увеличения точности метода при
высоких содержаниях мешающих компонентов в
качестве основы для построения шкалы
сравнения используют исследуемую воду.
Допустимо применение стандартного метода
добавок.
Насыщенный раствор хлористого
калия, которым заполняют вспомогательный
электрод, может завышать концентрацию
определяемых компонентов. Поэтому
применяют “солевые мостики”,
представляющие собой стеклянную трубочку,
вытянутую с одной стороны до размеров
капилляра, в другой конец ее вставляют
вспомогательный электрод. “Солевой
мостик” заполняют 0,1 н раствором KNO3,
который периодически меняют. При
определении концентрации калия
вспомогательный электрод заполняют
насыщенным раствором
CaCl2.
Реактивы. Используют
реактивы аналитической квалификации и
свежеприготовленную дистиллированную
воду.
Калий хлористый KCl, насыщенный
раствор. В химический стакан вместимостью
100 см3 наливают треть
дистиллированной воды. Небольшими порциями
при постоянном помешивании добавляют калий
хлористый до полного насыщения.
Кальций
хлористый CaCl2, насыщенный раствор.
Готовится так же, как и хлористый
калий.
Калий азотнокислый KNO3,
раствор 0,1 н (применяют для регулирования
ионной силы при определении йода и брома).
Растворяют 1,01 г азотнокислого калия в
мерной колбе вместимостью 100 см3 и
доводят водой до метки.
Кальций
хлористый CaCl2, раствор 1 м (применяют
для ре-
Таблица 10.2
Компонент- ион |
Ионы, мешающие определению |
Фтор Йод Бром Калий |
Алюминий, железо, магний, кальций |
гулирования ионной силы при
определении иона калия). 11,1 г помещают в
мерную колбу вместимостью 100 см3 и
доводят водой до метки.
Буферный раствор
для регулирования ионной силы при
определении фторидов: хлористый натрий, NaCl;
уксусная кислота, СН3СООН (плотность —
1,05 г/см3); натрий уксуснокислый,
CH3COONa; натрий лимоннокислый, NaOOCC(OH)x
x(CH2COONa)2 • 5,5H2O. В мерную
колбу вместимостью 1 дм3 помещают 500
см3 воды, добавляют 58 г хлористого
натрия, 57 см3 уксусной кислоты, 61 г
натрия уксуснокислого, растворенного в
небольшом количестве воды, 0,3 г натрия
лимоннокислого и доводят объем до 1
дм3. рН приготовленного раствора — 5,
ионная сила — 1,75 моль/г. Срок годности
буферного раствора 6 мес.
Натрий
фтористый NaF, основной стандартный раствор
(для определения фторидов), содержащий
фториды 1 мг/см3. 2,21 г NaF,
предварительно высушенного в течение 2 ч
при температуре 105-110 °С, растворяют в мерной
колбе вместимостью 1 дм3, доводят до
метки водой.
Калий йодистый KI, основной
стандартный раствор (для определения йода),
содержащий йодиды 1 мг/см3. 1,308 г
йодистого калия помещают в мерную колбу
вместимостью 1 дм3, растворяют в
небольшом количестве воды, доводят водой до
метки, перемешивают.
Калий бромистый
КВг, основной стандартный раствор (для
определения брома), содержащий бромиды 1
мг/см3. 1,489 г бромистого калия помещают
в мерную колбу вместимостью 1 дм3,
растворяют в небольшом количестве воды,
доводят водой до метки,
перемешивают.
Калий хлористый KCl,
основной стандартный раствор (для
определения калия), содержащий калий 1
мг/см3. 1,907 г KCl, высушенного при t =
110 °С в течение 1-2 ч, растворяют в мерной
колбе вместимостью 1 дм3 и водой до
метки.
Подготовка электродов. Новые
и длительное время неиспользуемые
электроды погружают на 24 ч для вымачивания
в стандартные растворы.
Буферные и
контрольные растворы, применяемые для
проверки электродов, при многократном
применении могут изменять значения
концентраций.
Электрод сравнения в
перерыве между работами хранят в
дистиллированной воде. Измерительные
электроды хранят в сухом состоянии
закрытыми предохранительным
колпачком.
Для проведения измерения
закрепляют электроды в специальных
держателях. Отбирают в стакан 45 см3
исследуемой воды, добавляют 5 см3
соответствующего определяемому элементу
раствора для регулирования ионной силы
(табл. 10.3), перемешивают.
Погружают
электроды в исследуемый раствор, через 3 мин
записывают показания прибора. После
каждого определения электроды тщательно
промывают дистиллированной водой, капли
влаги удаляют фильтровальной
бумагой.
Построение калибровочных
графиков. Калибровочная шкала для фтора:
в мерные колбы вместимостью 1 дм3
пипетками вносят 0; 0,1; 0,2; …; 1,0 см3
основного стандартного раствора, доводят
дистиллированной водой до 1 дм3, что
соответствует массовой концентрации фтора
0,0; 0,1; 0,2; …; 1,0 мг/дм3.
Калибровочная
шкала для йода: в мерные колбы вместимостью
1 дм3 пипетками вносят 0; 0,5; 1,0; …; 20,0
см3 основного стандартного раствора,
что соответствует массовой концентрации
йода 0,0; 0,5; 1,0; …; 20,0
мг/дм3.
Калибровочная шкала для
брома: в мерные колбы вместимостью 1
дм3 пипетками вносят 0; 1,0; 2,0; …; 100,0
см3 основного стандартного раствора,
что соответствует массовой концентрации
брома 0,0; 1,0; 2,0; …; 100,0
мг/дм3.
Калибровочная шкала для
калия: в мерные колбы вместимостью 1
дм3 пипетками вносят 0; 0,5; 1,0; …; 100,0
см3 основного стандартного раствора,
что соответствует массовой концентрации
калия 0,0; 0,5; 1,0; …; 100,0 мг/дм3.
Далее
поступают как в проведении анализа (45
см3 стандартного раствора и 5 см3
соответствующего раствора для
регулирования ионной силы).
Для
достижения большей объективности замеры
стандартных растворов производят дважды:
первый раз — в порядке убывания
концентраций замеряемого компонента,
второй — в
Таблица 10.3 Растворы для
регулирования иоииой силы
Определяемый элемент |
Раствор для |
Объем пробы, см3 |
Объем |
Фтор |
Ацетатный буфер |
25 |
25 |
ный |
|||
Иод |
0,1 н KNO3 |
45 |
5 |
Бром |
0,1 н KNO3 |
45 |
5 |
Калий |
CaCl2 или NaCl, 1 н |
45 |
5 |
порядке возрастания. Для
активизации электродов и получения быстрой
воспроизводимости результатов при замерах
в порядке убывания компонентов электроды
после каждого замера отмывают
дистиллированной водой и обсушивают
фильтровальной бумагой. Для замера
стандартных растворов при
последовательном увеличении концентраций,
отмывание водой после каждого замера не
производится, достаточно лишь обсушить
электроды фильтровальной бумагой.
После
проведения замеров строят калибровочные
графики. По оси абсцисс откладывают
концентрацию измеряемого компонента в
стандартных растворах, мг/дм3, по оси
ординат -величину потенциала,
мВ.
Поскольку характеристики
селективных электродов изменяются со
временем, перед работой необходимо каждый
раз заново строить калибровочный
график.
По графику определяют
концентрацию ионов в исследуемой
пробе.
Обработка
результатов
Содержание искомых
элементов X (мг/дм3) определяют по
формуле
X = а ¦ b,
где а —
массовая концентрация элемента, найденная
по калибровочному графику, мг/дм3;
b — разведение.
Чувствительность
метода определяется нижним пределом
чувствительности прибора, применяемого для
определения, типом электродов. Крутизна
функции должна быть не менее 25 мВ на единицу
концентрации определяемого
компонента.
Пример. При определении
калия к 45 см3 разбавленной пробы (b = 2)
добавлено 5 см3 буферного раствора
CaCl2; показание прибора — 38 мВ; по
калибровочному графику данному значению
соответствует массовая концентрация калия
-5 мг/дм3.
X = 5 • 2 = 10
мг/дм3.
Определение
сульфидной серы (H2S, HS , S2 ) с
сульфид-селективным
электродом
Представленный метод
является надежным, экспрессным
определением измерения содержания
сульфидной серы в природных и сточных
водах.
Отбор проб. В момент отбора
пробы разбавляют антио-кислительным
буфером в соотношении 1:1. Смесь хранят в
плотнозакрытой емкости при температуре 3-4
°С не более недели.
Диапазон измерения
содержания сульфид-иона 0,003320 мг/дм3
при величине рН 13-14 единиц.
Реактивы.
Гидроокись натрия.
Аскорбиновая
кислота.
Приготовление буфера
антиокислителя. В мерной колбе на 1
дм3 растворяют 80 г NaOH и 72 г
аскорбиновой кислоты. После охлаждения
объем доводят до метки дистиллированной
водой. Хранят в полиэтиленовой емкости в
холодильнике не дольше месяца.
Натрий
сульфид,
кристаллогидрат.
Приготовление
исходного раствора сульфида с
концентрацией 1O-1 моль/дм3.
Навеску 24,00 г Na2S • 9H2O переносят
в мерную колбу на 1 дм3, добавляют 40 г
NaOH и 36 г аскорбиновой кислоты, растворяют в
дистиллированной воде, охлаждают и доводят
объем дистиллированной водой до
метки.
Хранят в полиэтиленовой емкости в
холодильнике не дольше
месяца.
Приготовление градуировочных
растворов сульфида с концентрацией
1O-2-1O-3-1O-4-1O-5-1O-6-1O-7
моль/дм3. Эти растворы готовятся
последовательным разбавлением в 10 раз
исходного стандартного раствора в день
анализа. Для этого в мерную колбу на 100
см3 вносят 10 см3 на порядок более
концентрированного раствора, добавляют 50
см3 буфера — антиокислителя и доводят
объем раствора в колбе до метки
дистиллированной водой, перемешивают. Из
полученного раствора готовят следующий, и
т.д.
Проведение
анализа
В стаканчик на 100 см3
помещают разбавленную в 2 раза
антиокислительным буфером пробу и проводят
замер концентрации сульфидов. Содержание
сульфидов в пробе будет равно удвоенному
замеренному значению. Окончательный
результат равен среднему из двух
параллельных определений.
Построение
градуировочного графика. Градуировку с
суль-фид-селективным электродом проводят,
начиная с раствора с наименьшей
концентрацией сульфида 10-7
моль/дм3 и далее в соответствии с
методикой.
10.4.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА ВОД
МЕТОДОМ ПРОТОЧНО-ИНЖЕКЦИОННОГО
АНАЛИЗА
Метод
проточно-инжекционного анализа
применяется на Уренгойском
газоконденсатном месторождении для всех
типов вод, выносимых эксплуатационными
газовыми, газоконденсатными и нефтяными
скважинами.
Измерительная система
проточно-инжекционного анализатора
состоит из анализатора, детектора и
персонального компьютера, от которого
система управляется посредством
специальной программы, представляющей
следующие возможности: автоматический
забор проб, программирование количества
инжекций одного образца и временных циклов,
градуировку прибора, обработку
результатов, хранение и передачу данных.
Анализатор является двухканальной
системой, снабженной двумя
перистальтическими насосами, 8 каналов в
каждом. Двухканальный инжекционный клапан
снабжен байпасными спиралями, что
обеспечивает непрерывность потока
носителя и заборного потокообразца в
момент поворота ротора клапана. Время, в
течение которого инжектор остается в
положении заполнения и инжектирования,
можно программировать, а также можно
устанавливать инжекционные объемы.
Детектор -фотометрический измерительный
блок, с которого аналитические сигналы
поступают для обработки в компьютер.
Система ПИА, характеризуется очень
коротким временем отклика. Аналитические
сигналы получаются за несколько секунд, что
дает высокую производительность анализа.
Объемы образца и расходы реагентов на
анализ имеют порядок микролитров. Прибор
внесен в Госреестр и Государственная
поверка его осуществляется 1 раз в
год.
Сущность метода заключается в том,
что жидкий образец инжектируется в
непрерывный движущийся поток
жидкости-носителя и перемещается этим
потоком по направлению к детектору. На пути
к детектору образец смешивается с
носителем и растворами реагентов и
подвергается дисперсии
(разбавлению).
Порядок смешения и
дозировку пробы и реагентов с высокой
точностью обеспечивают устройства
анализатора и кеми-фолда. Образовавшийся
окрашенный раствор потоком поступает в
спектрофотометрический детектор
анализатора и проходит через
микрокювету.
Дисперсией образца можно
управлять и адаптировать ее для
конкретного типа анализа путем выбора
объема инжектируемого образца, скорости
потока, длины реакционной спирали и
внутреннего диаметра трубок.
Химическая
реакция происходит в
потокораспределительном блоке (кемифолде)
при смешивании образца с потоками
реагентов. Условия анализа поддерживаются
одинаковыми, как для образцов, так и для
стандартных растворов, приготовленных из
государственных стандартных образцов (ГСО).
Таким образом, концентрация образца
определяется по отношению к
соответствующим стандартным растворам с
известным содержанием компонента, которые
инжектируются таким же способом, как и
образец.
Условия анализа поддерживаются
одинаковыми как для образцов, так и для
стандартов. Таким образом, концентрацию
образца можно определить по отношению к
соответствующим стандартам, которые
инжектируются таким же способом, как и
образец. Аналитические сигналы,
преобразованные детектором, поступают на
экран монитора ПК, от которого система ПИА
управляется посредством специальной
программы. Результаты анализа выдаются на
экран монитора ПК визуально в графическом и
цифровом значении.
Для выполнения
измерений пригодны прозрачные
неокрашенные воды, поскольку измерение
выполняется спектрофотометрическим
методом, и фоновая окраска воды может
привести к искажению результатов анализа.
Исходя из этого, перед выполнением
измерений необходимо провести операции по
подготовке проб к анализу, которые включают
в себя: отделение углеводородного слоя;
фильтрование;
измерение плотности и
водородного показателя; проведение
качественной реакции на присутствие в
пробе ионов железа, при необходимости —
проведение устранения мешающего влияния
железа;
устранение мешающего влияния
окраски воды; доведение рН среды пробы до
необходимого значения; разбавление (при
необходимости) пробы, после проведения всех
необходимых операций по устранению
мешающего влияния других компонентов;
дегазация пробы.
Отбор
проб
Отбор и хранение проб
осуществляется в соответствии с
требованиями СТП 05751745-32-96 п. 2 “Вода
пластовая продуктивных горизонтов
Уренгойского месторождения. Методы
определения компонентного
состава”.
Представляем две методики
определения ионов основного компонентного
состава воды проточно-инжекционным
анализом — методику определения хлорности и
общей жесткости.
Определение содержания
хлоридов
Сущность метода.
Проточно-инжекционный метод определения
массовой концентрации хлор-ионов основан
на фотомет-рировании окрашенного в красный
цвет раствора, образовавшегося при
взаимодействии хлор-иона с реагентом
R1 состава: роданистая ртуть, метанол
(этанол), азотная кислота и водный нитрат
железа. Интенсивность окраски
пропорциональна концентрации
хлор-ионов.
Максимум светопоглощения
соответствует длине волны X = = 450
нм.
Измерение массовой концентрации
хлоридов выполняют проточно-инжекционным
методом на анализаторе Fia Star 5012 фирмы Soc
Trade.
Мешающие влияния. Определению
хлоридов в пробе мешает присутствие железа
в концентрации более 10 мг/дм3.
Качественное определение выполняют, если
рН анализируемой пробы менее 6. К небольшому
объему анализируемой воды (—10 см3)
добавить несколько капель
концентрированного аммиака до рН —8
(измерение рН индикаторной бумагой). При
наличии железа появляется желтое или
зеленое окрашивание пробы. Железо осаждают
концентрированным аммиаком, добавляя его
по каплям, оставляют примерно на 30 мин для
выпадения осадка и отфильтровывают через
фильтр, смоченный дистиллированной
водой.
Если вода, предназначенная для
анализа хлоридов, после фильтрации имеет
окраску, мешающую определению, то ее
обесцвечивают добавлением гидроокиси
алюминия. Для этого к 200 см3 пробы
добавляют 6 см3 суспензии гидроокиси
алюминия и смесь встряхивают до
обесцвечивания жидкости. Затем пробу
фильтруют через беззольный фильтр. Первые
порции фильтрата отбрасывают. Оставшийся
объем воды подвергают
анализу.
Измерение хлоридов выполняют
при 5 < рН < 9. В случае отклонения рН
среды пробы от указанных величин проводят
следующие операции:
если рН среды пробы
менее 5, то ее нейтрализуют добавлением 0,1 н
NaHCO3;
если рН среды более 9, то пробу
подкисляют 0,1 н раствором HNO3.
Эти
операции проводят с использованием
магнитной мешалки для перемешивания пробы
и иономера (любого типа) для измерения рН
пробы. При нейтрализации и подкисления
пробы рН доводят ~ до 7 ед. рН в строго
фиксируемом объеме пробы и учитывают
количество добавляемых реактивов для
расчета коэффициента разбавления пробы. В
случае, если количество добавляемых
NaHCO3 или HNO3 незначительно
(несколько капель), коэффициент разбавления
пробы не рассчитывается, так как
погрешность, вносимая в результат
измерения за счет разбавления пробы, в
данном случае будет
незначительна.
После проведения всего
комплекса операций по устранению мешающего
влияния других компонентов пробу, при
необходимости, можно разбавить, но не более,
чем в 10 раз.
Далее, пробы дегазируют и
приступают непосредственно к выполнению
измерений.
Реактивы. Ртуть
роданистая.
Железо (III) азотнокислое, 9-ти
водное.
Натрий хлористый ГОСТ
4233-77.
Кислота азотная конц. ГОСТ
4461-77.
Спирт метиловый ГОСТ 6995-77 (или
этиловый ректификованный ГОСТ
5962-67).
Аммиак водный 25 % раствор ГОСТ
3760-72.
Алюмокалиевые квасцы
(алюминий-калий сернокислый) ГОСТ
4329-77.
Приготовление гидроокиси
алюминия. 125 г алюмокалиевых квасцов [Al
K(SO4)2 • 12H2O] растворяют в 1
дм3 дистиллированной воды, нагревают
до 60 °С и постепенно прибавляют 55 см3
концентрированного раствора аммиака при
постоянном перемешивании. После
отстаивания в течение 1 ч осадок переносят в
большой стакан и промывают декантацией
дистиллированной водой до исчезновения
реакции на хлориды.
Натрий
двууглекислый (NaHCO3), стандарт-титр, 0,1
н.
Кислота азотная, стандарт-титр, 0,1
н.
Все реактивы, используемые для
анализа, должны быть квалификации “хч” или
“чда”.
Приготовление градуировочных
растворов. Растворы готовят на базе
Государственных Стандартных образцов (ГСО).
Используются ГСО с содержанием
хлорид-ионов 100, 500 и 1000 мг/дм3. При их
отсутствии готовят основной стандартный
раствор с содержанием хлорид-ионов 1
мг/см3 по ГОСТ 4212-76 “Методы
приготовления растворов для
колориметрического и нефелометр ического
анализа”.
Построение градуировочного
графика для определения содержания
хлорид-иона в диапазоне 10-1000 мг/дм3
проводят по 7-ми точкам: 10, 50, 100, 250, 500, 750 и 1000
мг/дм3.
В мерную колбу вместимостью
1 дм3 помещают пипеткой 10 см3
раствора ГСО с содержанием хлорид-иона 1
мг/см3 и доводят до метки
дистиллированной водой. Полученный раствор
содержит 10 мг/дм3 хлорид-иона.
Для
приготовления градуировочного раствора с
концентрацией хлорид-иона 50 мг/дм3
используют ГСО с содержанием компонента 100
мг/дм3, который разбавляют 1:1
дистиллированной водой.
Для
приготовления градуировочного раствора с
концентрацией 100 мг/дм3 используют ГСО
с данной концентрацией.
Для
приготовления градуировочного раствора с
концентрацией 250 мг/дм3 используют ГСО
с содержанием хлорид-иона 500 мг/дм3 и
разбавляют в 2 раза дистиллированной
водой.
Для приготовления
градуировочного раствора с концентрацией
хлорид-иона 500 мг/дм3 используют ГСО с
данной концентрацией.
Для приготовления
градуировочного раствора с концентрацией
хлорид-иона 750 мг/дм3 берут 75 см3
ГСО с содержанием компонента 1 мг/см3,
помещают в мерную колбу на 100 см3 и
доводят до метки дистиллированной
водой.
Для приготовления
градуировочного раствора с содержанием
хлорид-иона 1000 мг/дм3 используют ГСО с
данной концентрацией.
Перед применением
стандартные растворы фильтруют и
дегазируют.
Хранят растворы в склянках с
притертой пробкой.
При хранении
растворов перед их использованием следует
следить, чтобы в них не было помутнения,
хлопьев, осадка. В противном случае раствор
заменяют свежеприготовленным.
Подготовка к выполнению
измерений
При подготовке к выполнению
измерений проводят следующие работы:
приготовление вспомогательных растворов и
подготовку прибора к работе.
Реактивы.
Реагент R—1. В мерную колбу вместимостью
500 см3 помещают 0,31 г роданистой ртути,
75 см3 метилового (или этилового)
спирта, перемешивают в течение 5 мин, затем
добавляют 350 см3 дистиллированной
воды, 1,7 см3 концентрированной азотной
кислоты и 15,5 г железа (III) азотнокислого
9-водного. Раствор перемешивают, используя
электромешалку, до полного растворения
реактивов и доводят объем до метки
дистиллированной водой. Раствор
дегазируют, хранят в склянке с притертой
пробкой. Срок хранения 2 недели.
Из-за
плохой растворимости роданистой ртути
готовят раствор за сутки до
применения.
Раствор носителя
С-1.
Дегазированная дистиллированная
вода.
Подготовка прибора. Подготовку
установки к работе и монтаж кемифолда
проводят в соответствии с руководством по
эксплуатации.
Установить на базовом
модуле анализатора
потокораспределительный блок “кемифолд” 1
типа для общих фотометрических реакций.
Подсоединить насосные шланги необходимого
диаметра к флаконам с реактивами и
носителями, а также к кемифолду
подсоединить инжектор в соответствии с
метками на трубках инжектора. Входную
трубку от ячейки детектора присоединить к
выходу кемифолда.
Установка на
детекторе светофильтра с длиной волны 450
нм. Для определения массовой
концентрации хлоридов в
спектрофотометрический детектор
анализатора устанавливается светофильтр.
Поглощение раствора регистрируется на
длине волны 450 нм, если в комплекте нет
фильтра с соответствующим значением,
подбирается фильтр с величиной длины волны
ближайшей по значению к
данному.
Проверка потоковой схемы.
После соединения всех частей системы можно
приступать к проверке потоковой схемы. Для
этой проверки используют
воду.
Прижимными винтами насоса
отрегулируйте прижим трубок. Прижим трубок
должен быть минимальным, обеспечивающим
равномерный поток. Трубки нужно
располагать так, чтобы в каждом держателе
были трубки с минимально различающимися
диаметрами. В системе не должно быть
утечки.
Прокачайте воду через систему в
течение 2-3 мин и следите за движением
потоков. Остановите насосы. Установите
растворы носителей и реагентов в
соответствии с методикой.
Запуск на
компьютере программы Super Flow Duo, с
использованием руководства к программе для
разработки метода по работе с программным
обеспечением.
Выполнение измерений.
При проведении измерений массовой
концентрации хлорид-ионов выполняют
следующие операции.
Трубку, подающую
пробу в инжекционное устройство, помещают в
сосуд с пробой и, спустя 5 с, дождавшись
полного заполнения инжекционной петли,
начинают определение, нажав клавишу F2
“Инжекция”. Далее процедура измерения
совершается автоматически. Через 30 с после
начала измерений результат выдается на
экран монитора. В соответствии с
предусмотренными параметрами в меню
“контроль/хранение образцов” выполняются
3 последовательных определения с точностью
до тысячных долей мг/дм3 содержания
хлоридов в пробе, автоматически
рассчитывается среднее значение
содержания компонента.
Когда все
образцы проанализированы, результаты
измерений отпечатываются на принтере блока
управления.
Выполнение калибровки.
Необходимым условием определения массовой
концентрации хлорид-ионов в пробах воды
является построение калибровочного
графика в соответствии с заложенными в
программу при обучении метода значениями
стандартных растворов.
В меню выбора
метода (“Select method”) выбирается имя “Chloride”,
присвоенное методу при создании. При работе
с методом, для которого определены
стандарты, программа всегда начинает
работу с калибровки. После утвердительного
ответа на вопрос о необходимости
проведения калибровки, выполняется полная
калибровка. Когда все стандарты
проанализированы, программа рассчитывает и
выводит на дисплей калибровочный график,
используя заданное уравнение регрессии.
Используя функциональные клавиши ПК, при
удовлетворительном построении
калибровочного графика, его можно принять и
распечатать на принтере.
Калибровку
проверяют 1 раз в 2 недели. Ежедневно, перед
началом работы, проводят контроль точности
измерений по 1-2 аттестованным смесям,
приготовленных на основе ГСО
6687-93-6689-93.
При получении
неудовлетворительных результатов контроля
точности — выполнение полной
калибровки.
Обработка
результатов измерений
Обработка
результатов измерений массовой
концентрации хлоридов в водах производится
автоматически системой Fia Star 5012. Проводится
3 последовательных измерения и за результат
анализа принимается среднее
арифметическое значение 3-х измерений.
Значения результатов измерений выдаются на
экран монитора вместе с величиной
погрешности измерений.
Если расхождения
между результатами параллельных
определений превышают нормативные
значения, программа автоматически выдает
предупреждающий сигнал.
Определение общей жесткости
методом проточно-инжекционного
анализа
Определение проводят при
массовой концентрации солей жесткости от 0,2
до 25,0 ммоль/дм3.
Если массовая
концентрация общей жесткости в
анализируемой пробе превышает верхнюю
границу, то допускается разбавление пробы
таким образом, чтобы концентрация общей
жесткости соответствовала
регламентируемому
диапазону.
Проточно-инжекционный метод
определения массовой концентрации общей
жесткости основан на фотометрировании
окрашенного в светло-сиреневый цвет
раствора, образовавшегося при
взаимодействии ионов кальция и магния с
динатрие-вой солью ЭДТА в присутствии
индикатора гидронафтола
голубого.
Максимум светопоглощения
соответствует длине волны X = = 660
нм.
Изменение общей жесткости выполняют
проточно-инжек-ционным методом на
анализаторе Fia Star 5012 фирмы Soc
Trede.
Мешающие влияния. Определение
общей жесткости в пробе мешает присутствие
железа в концентрации более 10 мг/дм3.
Качественное определение выполняют, если
рН анализируемой пробы менее 6. К небольшому
объему анализируемой воды (—10 см3)
добавить несколько капель
концентрированного аммиака до рН —8
(измерение рН индикаторной бумагой). При
наличии железа появляется желтое или
зеленое окрашивание пробы. Железо осаждают
концентрированным аммиаком, добавляя его
по каплям, оставляют примерно на 30 мин для
выпадения осадка и отфильтровывают через
фильтр, смоченный дистиллированной
водой.
Если вода, предназначенная для
анализа общей жесткости, после фильтрации
имеет окраску, мешающую определению, то ее
обесцвечивают добавлением гидроокиси
алюминия. Для этого к 2000 см3 пробы
добавляют 6 см3 суспензии гидроокиси
алюминия и смесь встряхивают до
обесцвечивания жидкости. Затем пробу
фильтруют через беззольный фильтр. Первые
порции фильтрата отбрасывают. Оставшийся
объем воды подвергают анализу.
После
проведения всего комплекса операций по
устранению мешающего влияния других
компонентов, пробу при необходимости, можно
разбавить, но не более, чем в 10 раз.
Далее,
пробы дегазируют и приступают
непосредственно к выполнению
измерений.
Реактивы. Все реактивы,
используемые для анализа, должны быть
квалификации чда или хч.
Аммоний
хлористый.
Аммиак водный, 25 %
раствор.
Кальций углекислый.
Кислота
соляная.
Трилон Б — этилендиамин — N, N, N, N, —
тетрауксусной кислоты магниевый комплекс,
динатриевая соль, 5 водный
(ЭДТА).
Гидронафтол голубой
(индикатор).
Алюмокалиевые квасцы
(алюминий-калий сернокислый).
Магний
сернокислый 7 водный.
Приготовление
вспомогательных
растворов
Приготовление реагента
R—1. В мерную колбу вместимостью 500
см3 помещают 0,3552 г ЭДТА, 0,18 г
гидронафтола голубого и доводят объем до
метки дистиллированной водой. Раствор
дегазируют, хранят в склянке с притертой
пробкой из темного стекла. Срок хранения 1
нед.
Раствор носителя С-1. 20 г
хлористого аммония растворяют в
дистиллированной воде, добавляют 180
см3 25%-ного раствора аммиака и доводят
объем до 1 дм3 в мерной колбе
дистиллированной водой.
Раствор
дегазируют и хранят в плотно закрытой
полиэтиленовой посуде во избежание потерь
аммиака. Срок хранения 1 мес.
Перед
применением с помощью иономера
контролируют рН раствора и, при
необходимости, доводят рН до 10,0-10,2
концентрированным раствором аммиака при
постоянном перемешивании раствора
магнитной мешалкой.
Приготовление
гидроокиси алюминия. 125 г алюмокалиевых
квасцов [AlK(SO4)2 • 12H2O]
растворяют в 1 дм3 дистиллированного
раствора аммиака при постоянном
перемешивании. После отстаивания в течение
1 ч осадок переносят в большой стакан и
промывают декантацией дистиллированной
водой до исчезновения реакции на
хлориды.
Качественную реакцию на хлор
проводят на часовом стекле с раствором
сернокислого бария или азотнокислого
серебра.
Приготовление градуировочных
растворов. Градуировочные смеси готовят
на базе Государственных Стандартных
образцов (ГСО). Используются ГСО с
содержанием ионов кальция (ГСО 5221-90) и
магния (ГСО 5225-90) по 1 мг/см3. При их
отсутствии готовят основные стандартные
растворы с содержанием компонентов по 1
мг/см3 по ГОСТ 4212-76 “Методы
приготовления растворов для
колориметрического и нефелометрического
анализа”.
Готовят исходный стандартный
раствор, состоящий из 3-х частей ГСО кальция
и 1 части ГСО магния.
В мерную колбу
вместимостью 1 дм3 поместить пипеткой
4 см3 исходного стандартного раствора,
добавить ~700 см3 дистиллированной
воды, 2-3 капли концентрированного раствора
аммиака, проверить рН раствора
индикаторной бумагой, смоченной
дистиллированной водой. рН раствора должно
быть ~6-8. Довести объем раствора
дистиллированной водой до 1 дм3.
Полученный раствор содержит 0,232
ммоль/дм3 ионов общей
жесткости.
Аналогично готовятся
остальные стандартные растворы: внести в
мерную колбу необходимый рассчитанный
объем исходного стандартного раствора,
добавить дистиллированной воды 50-70 % от
необходимого количества, довести рН
раствора концентрированным раствором
аммиака до ~6-8, довести объем раствора
дистиллированной водой до
метки.
Построение градуировочного
графика для определения общей жесткости в
диапазоне 0,232-17,390 ммоль/дм3 проводят
по 7-ми точкам: 0,232; 0,579; 1,159; 3,478; 5,797; 11,595
и
17,390 ммоль/дм3.
Объемы
исходного стандартного раствора и мерных
колб, необходимые для приготовления
градуировочных стандартных растворов, а
также содержание общей жесткости в
аттестованных смесях, представлены в табл.
10.4.
Таблица 1O.4
Содержание общей
жесткости в аттестованных смесях
Но мер п/п |
Содержание общей |
Объемы, см3 |
Относительная погрешность |
|
исходного стандартного раствора |
мерной колбы для |
|||
1 |
0,232 |
4 |
1000 |
3,0 |
2 |
0,579 |
10 |
1000 |
3,0 |
3 |
1,159 |
2 |
100 |
3,0 |
4 |
3,478 |
6 |
100 |
3,0 |
5 |
5,797 |
10 |
100 |
3,0 |
6 |
11,595 |
20 |
100 |
3,0 |
7 |
17,390 |
30 |
100 |
3,0 |
Перед применением
стандартные растворы фильтруют и
дегазируют.
Хранят растворы в склянках с
притертой пробкой.
Срок хранения
растворов с содержанием общей жесткости
5,797-17,390 ммоль/дм3 — один месяц, менее
концентрированные растворы используют
свежеприготовленными.
При хранении
растворов перед их использованием следует
следить, чтобы в них не было помутнения,
хлопьев, осадка. В противном случае раствор
заменяют
свежеприготовленным.
Температура
окружающего воздуха (20±5) °С.
Атмосферное
давление (84-106) кПа.
Относительная
влажность (80±5) %.
Частота переменного
тока (50±1) Гц.
Напряжение в сети (220±10)
В.
Построение
калибровочного графика
Необходимым
условием определения общей жесткости в
пробах воды является построение
калибровочного графика в соответствии с
заложенными в программу при обучении
метода значениями стандартных
растворов.
При работе с методом, для
которого определены стандарты, программа
всегда начинает работу с калибровки. После
утвердительного ответа на вопрос о
необходимости проведения калибровки
выполняется полная калибровка. Когда все
стандарты проанализированы, программа
рассчитывает и выводит на дисплей
калибровочный график, используя заданное
уравнение регрессии. Используя
функциональные клавиши ПК, при
удовлетворительном построении
калибровочного графика, его можно принять и
распечатать на принтере.
Калибровку
проверяют 1 раз в неделю. Ежедневно, перед
началом работы, проводят контроль точности
измерений по 1-2 аттестованным смесям,
приготовленных на основе ГСО 5221-90 и
5225-90.
При получении
неудовлетворительных результатов контроля
точности проводится выполнение полной
калибровки по стандартным растворам в
диапазоне измерений 0,232
17,390
ммоль/дм3.
10.5.
ТЕСТОВЫЕ НАБОРЫ17 ДЛЯ
МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ЭКСПРЕССНЫХ ОПРЕДЕЛЕНИЙ
СОСТАВА ВОД
В основе предлагаемых
экспрессных методик лежат классические
методы (титриметрия и колориметрия), хорошо
известные в практике химического анализа.
Разработаны укомплектованные наборы
химических реактивов, облегчающие
проведение мобильных количественных
химических определений воды (анализы 3 и 4
степеней точности) в полевых условиях, что
позволяет избежать сложностей, связанных с
транспортировкой и хранением
проб.
Многочисленные отдельные реактивы
в наборах объединены в небольшое число
жидких концентратов и порошковых смесей.
Дозировка реагентов выполняется в
несколько стандартных приемов, что
упрощает процесс проведения анализа и
повышает его надежность. Расход реагентов
минимален.
Дозировка жидких реагентов
осуществляется отсчетом капель из
капельной склянки или, при более крупных
объемах, при помощи шприца. Порошковые
реагенты дозируются ложками, вделанными в
навинчивающиеся колпачки
склянок.
Колориметрические методы
снабжены специальными шкалами,
выполненными в виде пластиковых карт или
компараторов, представляющих собой
вращающиеся диски с цветными пленками,
вмонтированными в диск компаратора.
Для
проведения титриметрических анализов в
наборах имеются точные дозиметры капель,
соответствующие пробирки и стаканы, что
позволяет быстро проводить определения.
Концентрация искомого вещества
определяется по количеству капель
реагента, пошедшего на титрование. Объем
капель строго фиксирован. Для более
чувствительных и точных определений
используются специальные титрующие
пипетки.
10.6. ЭКСПРЕССНОЕ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА ВОДЫ С
ПОМОЩЬЮ СПЕКТРОФОТОМЕТРА
SQ-118
^временная фотометрия в сочетании
с соответствующей химической технологией
обеспечивает экономичную реализацию
широкого спектра анализов
воды.
Ориентированная на практическое
изучение аналитическая система “Spectroquant”
позволяет каждому пользователю выполнять
высокочувствительный и точный анализ при
рациональном соотношении “затраты —
результаты”. Центральным модулем
аналитической системы “Spectroquant” является
универсальный стандартный фотометр SQ-118, в
котором жестко запрограммированы все
специфические для методов параметры.
Принцип измерения, как в любом фотометре,
основан на реакции окрашивания исследуемой
воды, в которую вступает специфический
реагент с анализируемым компонентом.
Интенсивность окрашивания измеряется на
спектрофотометре и служит мерой
концентрации измеряемого компонента.
Фотометр SQ-118 разработан с особым учетом
требований удобства анализа для
пользователя. Это достигнуто за счет
использования новейшей микропроцессорной
технологии в сочетании с
высококачественными электронными и
оптическими узлами. Спектрофотометр
автоматизирован таким образом, что
настраивается на работу для детектирования
соответствующего компонента путем нажатия
кодового числа. Процесс проведения реакции
и процедура измерения весьма просты.
Результат нажатием кнопки выводится на
цифровую индексацию. Прибор укомплектован
всеми необходимыми реактивами для
определения искомого
компонента.
Использование готовых
смесей реагентов, специально разработанных
для проведения анализов, обеспечивает
значительное сокращение времени анализа и
его упрощение. Испытательные наборы
“Spectroquant” для фотометрии содержит все
реагенты, необходимые для проведения
анализа.
10.7. ЭКСПРЕССНОЕ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА ВОД
МЕТОДОМ РЕФЛЕКТОМЕТРИИ
Сущность
метода. Метод основан на использовании
прибора RQ-флекс фирмы MERCK, который является
уникальным переносным прибором, основанным
на принципе рефлектомет-рии, и используется
для анализа целой гаммы компонентов
состава воды. В соответствии с принципом
рефлектометрии (ремиссионная фотометрия)
прибор измеряет интенсивность света,
отраженного от пластиковой полоски с
импергирован-ным реактивом. Как в обычной
фотометрии, разница в интенсивности
падающего и отраженного света
преобразуется в числовую величину.
Основные достоинства прибора — карманный
формат, хорошая точность измерения,
простота и экс-прессность анализа, что
позволяет использовать прибор при
проведении полевых количественных
измерений. Для проведения измерений
достаточно нескольких капель исследуемой
жидкости, чтобы смочить измерительные
полоски. Размеры прибора 19 х 8 х 2 см. Масса —
275 г.
Прибор RQ-флекс является частью
системы Reflectoquant, которая состоит из
следующих узлов: сам прибор, измерительные
полоски, калибровочные полоски.
Для
получения результата измерительные
полоски погружаются в исследуемую
жидкость, в результате реакции полоска
изменяет цвет. Измерительная полоска
вносится в измерительную камеру (носитель).
Результат измерения высвечивается на
дисплее и автоматически откладывается в
памяти прибора (в мг/дм3).
Метод
применим для природных вод с низкой
минерализацией.
10.8.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МНОГОКОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА
ВОДЫ АНАЛИЗАТОРОМ
“КАПЕЛЬ”
“Капель” — система
капиллярного электрофореза, “К-103 Р”
предназначен для количественного и
качественного определения состава проб
веществ в водных и водно-органических
растворах, природных водах, промышленных
сточных водах, почвах.
Преимущества
метода: компактность прибора; компьютерная
обработка данных;
точность определения
концентрации (до четвертого знака); высокая
пропускная способность; минимальное
количество пробы (0,25 см3); возможность
определения концентрации веществ без
предварительного
разбавления;
отсутствие мешающих
влияний других веществ.
Реализует
чрезвычайно эффективный метод разделения и
анализа смесей — капиллярный электрофорез.
Методики сертифицированы Госстандартом
(П-125/98) и Минприроды (ПНДФ 14.1:2.157-99) для
питьевой, природной и сточной воды.
Продолжительность анализа, включая
подготовку пробы, — 15 мин, расход реактивов —
0,01 мл.
Рекомендован, как эффективный
метод количественного определения
гидрохимических компонентов, опробованный
НИЛ ООС и ПС уНиПР ООО “Ямбурггаздобыча”
для решения вопросов по контролю
загрязнения окружающей среды и
рекомендуемый для внедрения при решении
сходных задач. Разработчик — НПФ “Люмэкс”,
г. Санкт-Петербург.
Приводим список
компонентов, определяемых с помощью
системы капиллярного электрофореза
“Капель” в жидких средах и диапазон
возможного измерения концентраций,
выраженный в мг/дм3 (табл.
10.5).
Кондиционирование колонки.
Колонку устанавливают в хроматограф в
соответствии с требованиями к монтажу и
эксплуатации, затем кондиционируют ее,
продувая газом-носителем — гелием, не
присоединяя к детектору, при температуре 105
°С и расходе гелия 30 мл/мин в течение 5 ч.
Затем колонку охлаждают и подключают к
детектору.
Кондиционирование колонки
необходимо периодически проводить после
проведения серии анализов (порядка 60-80 проб)
ВМР, в течение 3-4 ч. Температура
кондиционирования колонки 105 °С, с расходом
газа-носителя 30 мл/мин.
Монтаж, наладку и
вывод хроматографа на рабочий режим
производят согласно инструкции по монтажу
и эксплуатации прибора.
Реактивы.
Ацетон технический по ГОСТ
2603-79.
Дистиллированная вода по ГОСТ
6709-72.
Таблица 10.5
Список
компонентов, определяемый при помощи
системы капиллярного электрофореза
“Капель”
Определяемый компонент |
Символ |
Диапазон применения, |
Регламентирующий |
Хлориды |
Cl— |
0,5-50 |
ПНДФ |
14.1:2:4.157-99 |
|||
Нитриты |
NO- |
0,5-50 |
То же |
Нитраты |
NO- |
0,5-50 |
|
Фосфаты |
ро4 — |
0,5-50 |
|
Сульфаты |
S04— |
0,5-50 |
|
Фториды |
F |
0,25-25 |
” |
Цезий |
Cs+ |
0,5-5 |
М-01-31-99 |
Калий |
K+ |
0,5-50 |
То же |
Натрий |
Na+ |
0,5-50 |
|
Аммоний |
NH+ |
0,5-50 |
|
Литий |
Li+ |
0,01-5 |
|
Магний |
Mg2+ |
0,5-50 |
|
Кальций |
Ca2+ |
0,5-50 |
|
Стронций |
Sr2+ |
0,25-10 |
|
Барий |
Ba2+ |
0,05-10 |
Метанол ГОСТ 2222-78, стандартные
образцы (СОП).
Диэтиленгликоль ГОСТ
10136-77.
Полисорб-1, фракция с частицами
размером 0,16-0,25 мм.
Полиэтиленгликоль
(ПЭГ) с молекулярной массой 15002000.
Гелий
газообразный ТУ 51-340-80.
При проведении
анализа чередуются впуски анализируемой
смеси и эталонного раствора,
приготовленных весовым методом. Навеску
для приготовления эталонного раствора
отвешивают, исходя из предполагаемой
концентрации анализируемой
пробы.
Хроматограф выводят на рабочий
режим, проверяют стабильность нулевой
линии при максимальной чувствительности
регистрирующего прибора.
Пробу
водометанольного раствора объемом 1 мкл
шприцом МШ-1 или ему аналогичным вводят в
испаритель хроматографа. Переключение
масштабов регистрации (чувствительности) в
зависимости от концентрации определяемого
компонента производят после полного выхода
пика метанола (возврата пера КСП-4 на
нулевую линию). После выхода пика воды
записывают нулевую линию в течение 5
мин.
Операцию, описанную выше, повторяют
2 раза для вычисления среднего
арифметического значения. Далее,
останавливают диаграммную ленту и
приступают к обсчету полученных
хроматограмм.
10.9.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕТАНОЛА И ДИЭТИЛЕНГЛИКОЛЯ В
ВОДЕ МЕТОДОМ ГАЗОВОЙ
ХРОМАТОГРАФИИ
Хроматография — метод
физического разделения и анализа смесей,
основанных на различном распределении их
компонентов между двумя фазами —
неподвижной и подвижной (элюентом). В основе
методов разделения лежат фазовые
равновесия.
Методы, предложенные для
определения содержания метанола и
диэтиленгликоля в растворе, основаны на
использовании детектора по
теплопроводности в изотермическом режиме
хроматографирования пробы.
Хроматографическое разделение
углеводородных жидкостей и воды происходит
по температурам кипения в трубках,
заполненных сорбентом (колоночная
хроматография ).
Условия проведения
хроматографического анализа на содержание
метанола и диэтиленгликоля
Параметр |
Метанол |
Диэтиленгли- коль |
Длина колонки, |
2 |
2 |
Внутренний диаметр, мм |
3 |
3 |
Температура термостата, °С |
85 |
|
Температура |
120 |
270 |
Температура |
110 |
270 |
Ток детектора, мА |
150 |
|
Газ-носитель |
Гелий |
Гелий |
Расход |
24-30 |
24-30 |
Скорость |
240 |
240 |
Объем |
0,001 |
0,001 |
Методика
предназначена для определения содержаний
метанола и диэтиленгликоля в природной
воде, в водных растворах, выносимых
эксплуатационными скважинами, на
установках комплексной подготовки газа, в
промышленных сточных водах, а также в
конденсате и нефти в диапазоне
концентраций от 0,5 до 100 % масс.
В отличие
от химических методов хроматография
позволяет проводить определение искомых
компонентов в случае, если состав
органического растворителя не известен или
при одновременном содержании метанола и
ДЭГа, например, в сточных водах.
Методика
позволяет установить оперативный
экспресс-контроль за содержанием
органических техногенных примесей
(метанол, ДЭГ).
Отбор проб. Пробы воды,
подлежащие проверке на содержание метанола
и диэтиленгликоля, отбираются в сухие,
чистые склянки вместимостью 0,5 дм3 с
герметичными завинчивающимися крышками.
Пробы, подлежащие анализу, хранят в
холодильнике, не допуская замораживания.
Перед непосредственным вводом пробы в
испаритель хроматографа анализируемый
раствор отфильтровывают через фильтр
“белая” лента для избежания засорения
хроматографической колонки при
пропускании через нее
пробы.
Выполнение измерений. Для
выполнения измерений используют газовый
хроматограф ЛХМ-80 или другой с детектором
ионизации пламени. Анализ проводят в
изотермическом режиме (табл.
10.6).
Измерения проводят в нормальных
лабораторных условиях:
Температура
окружающего воздуха (20±5)
°С
Относительная
влажность……………………..(80±5)
%
Атмосферное
давление…………………………….(84-106)
кПа
Частота переменного
тока……………………….(50±1) Гц
Напряжение в
сети……………………………………..(220±10)
В
Условия выполнения измерений
(температура, влажность, исключение
попадания прямых солнечных лучей и т.п.)
должны соответствовать указанным в
эксплуатационной документации на
используемые средства измерений.
Подготовка к выполнению
измерений
Подготовка
хроматографических колонок.
Хроматографические колонки очищают от
загрязнения путем промывания смесью
органических растворителей из ацетона,
петролейного эфира и этилового спирта,
взятых в равных объемах. Колонки заливают
смесью и оставляют на 2-3 ч, затем раствор
сливают. Колонки промывают
дистиллированной водой, продувают сушат в
токе сухого чистого воздуха в течение 1-1,5 ч,
после чего выдерживают в сушильном шкафу
при 150-200 °С в течение 2-х ч. Охлажденные
колонки продувают сухим, чистым воздухом в
течение 3-х ч.
Подготовка насадки и
заполнение колонки. Пористый полимерный
сорбент полисорб-1 в объеме, превышающем на
10-12 % расчетный объем колонки, помещают в
фарфоровую чашку вместимостью 200 см3.
Жидкую фазу ПЭГ-2000 или 1500 в количестве 25 % от
массы твердого носителя растворяют в 30-40
см3 ацетона до полного растворения на
водяной бане при
35 °С. Затем этим
раствором пропитывают полисорб-1.
Содержимое тщательно перемешивают, после
чего ставят фарфоровую чашку на песочную
баню и при температуре 60-65 °С ацетон
выпаривают при постоянном помешивании
массы до полного исчезновения
запаха.
Колонку заполняют любым
способом, обеспечивающим ее однородную
набивку. Для заполнения колонки один конец
ее закрывают стекловолокном или
уплотняющей сеткой и заполняют насадкой
небольшими порциями при легком
постукивании (вибрации), подключая к выходу
колонки вакуумный насос. Когда колонка
заполнится полностью, постепенно
выравнивают давление с атмосферным, после
чего другой конец колонки также закрывают
стекловолокном или уплотняющей
сеткой.
При определении ДЭГа во
избежание необратимой адсорбции на стенки
колонки наносится полиэтиленгликоль
(молекулярный вес 13000-15000), 2%-ный раствор
полиэтиленгликоля в хлороформе заливают в
чистую сухую колонку и выдерживают в
течение 12 ч, затем раствор сливают. Колонку
устанавливают в термостат хроматографа и
продувают гелием при температуре 120 °С 8-12 ч,
затем заполняют полисорбом-1 с помощью
вакуум-насоса. Для удобства заполнения
сорбент и колонку охлаждают в холодильнике
1-2 ч.
Вычисление
результатов измерения
Определение
содержания искомого компонента (метанол,
ДЭГ) X, выраженное в мг/дм3
рассчитывают по формуле
X =
51/5В1 • dm/dx •
Сэт,
где Sx — площадь пика
анализируемой пробы, мм2; Sm —
площадь пика эталона, мм2; dx —
объем анализируемой пробы, см3;
d3I — объем пробы эталона, см3;
Сэт — концентрация эталона,
мг/дм3.
Площадь пиков компонентов
вычисляют по формуле:
S3I = h • a
¦ M,
где h — высота пика, мм; а —
ширина пика, измеренная на середине высоты
пика, мм; М — масштаб регистратора
хроматографа.
За результат измерения
принимается среднее арифметическое двух
измерений, если расхождение между ними не
превышают значений, указанных в
руководстве к проведению анализа.
Для
повышения точности анализа допустимо
использовать метод добавок, а также готовые
аттестованные смеси определяемых
компонентов в воде.
10.10.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗОТОПНОГО СОСТАВА18
ЖИДКОСТЕЙ
Под составом подземных вод
обычно подразумевается состав
растворенных в них солей (минеральный
состав). Иногда понятие состава трактуется
шире и включает в себя состав органической,
газовой, бактериальной и других
составляющих. Что же касается самих молекул
воды, то их состав обычно не
рассматривается.
В конечном итоге наши
представления о формировании подземных вод
сводятся к формированию их химического
состава. Эти понятия часто считаются
синонимами. Вместе с тем, формирование
химического состава подземных вод не
равнозначно формированию самих подземных
вод.
Изучать саму воду (формирование
воды) можно только путем изучения изменений
изотопного состава ее элементных частей —
водорода и кислорода.
Изотопами
называются атомы одного и того же элемента,
отличающиеся массовыми числами,
следовательно, явление изотопии
обусловлено различным содержанием
нейтронов в ядре при одинаковом числе
протонов. Поведение молекул в химических и
физических процессах связано с их
энергетическим состоянием, которое
выражается через колебательные частоты.
Последние, в свою очередь, зависят от массы,
поэтому различные изотопные молекулы будут
вести себя по-разному, что приводит к
изменению их соотношений в начальных и
конечных продуктах взаимодействия.
В
большинстве случаев в процессе разделения
участвуют не отдельные атомы, а
многоатомные молекулы и разница в массах
относительно невелика. Однако даже
небольшие различия приводят к ощутимому
разделению изотопов, которое можно
уверенно зафиксировать с помощью
специальных приборов
-масс-спектрометров.
Данные по
изотопному составу воды выражают в виде
величин 6D и 618О, где 6 = (
^образца — 1′) • 1000, %%.
‘
^стандарта *
Здесь R образца
представляет собой D/Н или 18О/16О
в образце, а R стандарта —
соответствующее отношение в стандарте.
Измеряются не абсолютные величины
отношений изотопов, а лишь относительные
отклонения от изотопного состава
стандартного вещества и выражаются эти
отклонения в процентах (%) или промиллях (%%).
Используется также коэффициент
фракционирования или коэффициент
разделения изотопов между фазами или
химическими соединениями (вещество А и
вещество В): аАВ =
RA/RB.
Самым
распространенным и удобным является
венский стандарт среднеокеанической воды,
обозначенный V SMOW (6D = 0 и 618О = 0).
Использование современной океанической
воды в качестве стандарта объясняется
высокой однородностью ее изотопного
состава. При этом принимается, что в
фанерозое изотопный состав океанической
воды существенно не менялся. Можно
полагать, что все доступные нам сегодня
подземные воды когда-то были
поверхностными. Следовательно, необходимо
выяснить, какие же процессы приводят к
формированию изотопного состава
поверхностных вод.
Процессом,
определяющим формирование изотопного
состава атмосферных осадков, является
конденсация водяного пара. Важное значение
при этом имеет температура конденсации.
Экспериментально установлена корреляция
между концентрацией кислорода — 18, дейтерия
в осадках и температурой воздуха.
Корреляционная зависимость между 6D и
618О для атмосферных осадков,
построенная на основе обобщения большого
числа среднегодовых атмосферных осадков,
отобранных на глобальной сети
метеорологических станций, была впервые
установлена Крейгом (рис.
10.2).
Зависимость содержания тяжелых
изотопов водорода и кислорода от
температуры конденсации пара приводит к
глобальным закономерностям
распространения 6D и 618О на
поверхности планеты, которые выражаются в
том, что концентрация тяжелых изотопов
уменьшается с возрастанием широты и
абсолютных отметок местности. Кроме того,
температурная зависимость приводит к
сезонным вариациям дейтерия и кислорода — 18
в атмосферных осадках, достигающих
максимума летом и минимума
зимой.
Следовательно, пользуясь
уравнением Крейга, которое устанавливает
связь между среднегодовыми значениями
дейтерия и кислорода — 18 в глобальном
масштабе, при интер п р етации изотопных
данных для гидрогеологических построений
необхо-
Рис.
10.2. Соотношение значений 6D и
618О поверхностных вод:
1
— линия Крейга,
метеорные
воды;
2 — линия
возможного расположения значений 6D и
618О вод замкнутых бассейнов
димо
учитывать особенности связи между D и
18О для отдельных
регионов.
Изотопный состав неглубоко
залегающих подземных вод, питающихся за
счет инфильтрации атмосферных осадков
через зону аэрации, отражает
средневзвешенные по сезонам года
концентрации тяжелых изотопов в
атмосферных осадках данного региона.
Изменения изотопного состава подземных вод
за счет обменных реакций в системе вода —
порода в зоне активного водообмена
практически не наблюдается.
Воды
глубоких горизонтов в отсутствие
инфильтрационного водообмена наследуют
изотопный состав водорода и кислорода
исходного бассейна седиментации.
Погребенные седиментационные воды в
последующем могут изменять свой изотопный
состав. Наибольшее влияние на изменение
изотопного состава воды в осадочных
бассейнах оказывает изотопный обмен с
водовмещающими породами при повышенных
температурах. Эти процессы влияют главным
образом на изменение изотопного состава
кислорода подземных вод, так как в
осадочной оболочке его содержание
достигает 40 %, а водорода лишь
0,3 %. В
условиях повышенных температур вода
обогащается тяжелым кислородом за счет
изотопного обмена с кислородсодержащими
породами (известняками, силикатами и др.), у
которых содержание тяжелого изотопа
кислорода выше, чем у воды. Концентрация
дейтерия с повышением температур
исследуемых вод остается на уровне,
соответствующем приблизительно его
содержанию в атмосферных водах данного
участка, либо увеличивается незначительно,
в то время как концентрация 18О резко
возрастает с увеличением температур. В
поверхностных же условиях содержание этих
изотопов изменяется
параллельно.
Необходимо отметить
существенное влияние на формирование
изотопного состава подземных вод процессов
инфильтрационного водообмена. Учитывая,
что изотопный состав вод морского генезиса
значительно отличается от метеорных и что
при смешивании вод их изотопный состав
подчиняется аддитивному закону, можно по
изотопному составу оценить долю
инфильтрогенных вод. Следовательно, по
изотопному составу можно определять
степени гидрогеологической активности
подземных вод, гидрогеологической
закрытости структур, рекомендуемых под ПХГ
и т.д.
Для нас наибольший интерес
представляет возможность использования
изотопных данных для оценки доли пластовых
и конденсационных вод, поступающих вместе с
газом в сепаратор.
Принципиальная
возможность определения доли пластовых и
конденсационных вод основана на
фракционировании изотопов водорода и
кислорода при фазовом переходе в системе
жидкость — пар и количественной оценке
соотношения изотопов в конденсационной
воде. При этом необходимо измерение ряда
параметров, характеризующих поступление
паров воды в газовую залежь и их
последующую конденсацию. Кроме того,
необходимо знать изотопный состав водорода
и кислорода в пластовой воде и в смеси
конденсационной и пластовой воды.
Как
отмечалось, определяющее значение в
процессах разделения изотопных
разновидностей молекул воды различной
массы имеют фазовые переходы жидкость — пар,
которые, в свою очередь, являются функцией
химического состава раствора, его
температуры и давления.
Не вдаваясь в
сложные расчеты, которые могут быть
предметом специального рассмотрения,
отметим лишь, что попытка по изотопному
составу водорода и кислорода в водах
сепаратора расчетным путем оценить долю
конденсационной и пластовой воды
основывается на следующих допущениях. В
пластовых условиях осуществляется фазовое
и изотопное равновесие в системе жидкость —
пар. Капельно жидкая вода, которая
захватывается газом на забое скважины или в
пределах де-прессионной воронки и затем
выносится на поверхность, полностью
улавливается сепаратором. При конденсации
пара в сепараторе осуществляется фазовое и
изотопное равновесие между конденсатом и
паром.
Отбор проб. В настоящее время
отбор проб воды на изотопный анализ
осуществляется по общепринятым методикам,
как на водных, так и на газовых скважинах.
Вместе с тем, отбор воды на газовых
скважинах месторождений с высокой
концентрацией кислых компонентов требует
проведения специальных исследовательских
работ с целью усовершенствования
существующих методик отбора
проб.
Сущность метода.
Масс-спектрометром называется прибор для
количественного и качественного
определения состава и структуры веществ,
изучения физико-химических процессов и
явлений по спектрам этих веществ.
Первым
масс-спектрометром в современном понимании
следует признать прибор Демпстера,
построенный им в 1918 г. Основная идея прибора
Демпстера состояла в сочетании (комбинации)
магнитного и электрического полей.
Фактически на основе этой же идеи
создавались и все последующие поколения
приборов. В приборе Демпстера и других
масс-спектрометрах образованные в
источнике ионов положительные ионы
исследуемого вещества ускоряются до
одинаковой кинетической энергии
продольным электрическим полем и
разделяются на компоненты в поперечном
магнитном поле, отклоняясь в нем на п рад (180
°) от первоначального направления (рис.
10.3).
Уравнение, называемое основным
уравнением масс-спектрометра, имеет
вид:
m _ r2
в2 с _ 2V ’
где m —
масса иона, г; с — заряд иона, единицы CGSE;
r -радиус дуги окружности, по которой ион
движется от щели S1 (от источника) до
щели S2 (коллектора), см; B —
индукция магнитного поля (Гаус — гс); V —
разность потенциалов.
На практике
удобнее пользоваться уравнением
r _ 144
MV, в Z
в котором масса иона
выражена не в граммах, а в массовых числах
иона М, величина заряда не в единицах CGSE, а в
зарядах электрона Z и величина V в
вольтах (В).
Подобрав оптимальные
значения V и В, можно задать иону такую
траекторию, следуя по которой он, описав
дугу окружности в п рад, пролетит сквозь
щель S2 и попадет в коллектор K.
Траектория полета заряженной частицы,
движущейся в
Рис.
10.3. Траектория положительно заряженного
иона в масс-спектрометре:
А —
область ионизации газа (крестом показана
точка пересечения ионизирующего пучка
электронов с плоскостью чертежа); В —
пластина со щелями S1 и
S2; С — пластина ионизационной
камеры; K — коллектор; О2 —
анализируемый газ. Однородное магнитное
поле расположено выше линии S1-S2
и имеет резкую границу по этой линии.
Силовые линии магнитного поля
перпендикулярны плоскости чертежа и
направлены к наблюдателю
магнитном поле
с индукцией В (Гаус — гс), будет
определяться силой Лоренца и численной
равной ей, но противоположно направленной
центробежной силой.
Если из области
ионизации А (источник ионов) выходят
ионы с различным соотношением M/Z, то
варьируя величиной V (электрическая
развертка), или величиной В (магнитная
развертка), или изменяя оба параметра
одновременно, можно заставить различные
ионы поочередно проходить сквозь щель
S2 на коллекторе K. Можно идти и по
другому пути, поставив не один, а два-три
коллектора.
Применительно к северным
районам Западной Сибири был определен
изотопный состав (6D и 618О)
поверхностных вод и вод газопродуктивных
отложений (сеноманских и валанжин-ских).
Расположение точек относительно линии
Крейга позволяет по изотопному составу
водорода и кислорода пластовых вод
однозначно определять принадлежность воды
к сеноманскому или валанжинскому
водоносному горизонту.
Е.Я. Гавриловым,
Г.И. Теплинским, В.Г. Козловым и другими
учеными на примере Уренгойского и
Медвежьего месторождений была рассмотрена
возможность применения изотопных данных
для того, чтобы определить долю пластовой и
конденсационной воды в водах
сепаратора.
Как уже отмечалось, для
оценки соотношений пластовой и
конденсационной воды в сепараторе
необходимо знать значения 6D и 618О
пластовой и конденсационной воды.
Располагая значениями изотопного состава
пластовой и конденсационной воды, на
диаграмме в координатах 6D и 618О можно
построить прямую, точки которой
соответствуют изотопному составу смеси
пластовой и конденсационной воды в
различных пропорциях.
Значения,
необходимые для расчета изотопного состава
конденсационной воды сеноманских
отложений Уренгойского и Медвежьего ГКМ,
составляют соответственно: доля
сконденсировавшегося пара 0,50 и 0,52;
пластовая температура 35 и
36 °С,
температура сепарации 18 и 20 °С и,
следовательно, коэффициент
фракционирования изотопов (а0 и
а1) в системе жидкость — пар
практически не различается. Поскольку
приведенные параметры близки между собой,
расчеты выполнялись по средним параметрам.
Согласно расчетам изотопный состав
конденсационной воды характеризуется
величинами 6DK = -86 %о и 618ОК =
-12,4 %о.
На диаграмме в координатах
SD-S1^ (рис. 10.4) представлена прямая 2
для смешивания конденсационных и пластовых
вод сеноманских отложений, исходя из
значений SD = -61 %%
5D,%o
Рис.
10.4. Соотношение значений 6D и
6180 сепарационных вод
Уренгойского и
Медвежьего
ГКМ:
1 — линия Крейга; 2 — линия
смешения конденсационных и пластовых вод
сеноманских отложений; 3 — линия
смешения конденсационных и пластовых вод
валанжинских отложений; 4 — рассчитанное
среднее значение 6D и 618О пластовой
воды сеноманских отложений; 5 —
рассчитанное среднее значение 6D и 618О
пластовой воды валанжинских отложений;
6 — расчетное значение 6D и 618О
конденсационной воды из сеноманских
отложений; 7 — расчетное значение 6D и
618О конденсационной воды из
валанжинских отложений; 8 -измеренные
значения 6D и 618О вод сепарации из
сеноманских отложений; 9 — измеренное
значение 6D и 618О вод сепарации из
валанжинских отложений
и 618О =
-8,8 %о для пластовой воды и
соответствующих значений, приведенных
выше, для конденсационной воды. Как видно из
рисунка, прямая 2 практически совпадает
с линией Крейга 1, а точки, полученные по
экспериментальным данным для вод
сепарации, располагаются вдоль прямой 2
с небольшими отклонениями. Последнее
обстоятельство свидетельствует об
удовлетворительном совпадении
экспериментальных данных с теоретически
ожидаемыми результатами.
На рис. 10.4
приведена также прямая 3 смешивания
конденсационных и пластовых вод
валанжинских отложений. Как видно из
рисунка, прямая 3 также как и две точки,
охарактеризованные значениями 6D и
618О, полученные для сепарационных
вод, расположены правее линии Крейга
1.
Наконец, в табл. 10.7 приводится
изотопный состав водорода и кислорода
сепарационных вод сеноманских отложений
Медвежьего и Уренгойского месторождений, а
также указана
Изотопныш состав
водорода и кислорода сепарационныгх вод
сеноманских отложений Медвежьего и
Уренгойского ГКМ
ГКМ |
Номер сква жины |
Интервал перфорации |
Мине рализа ция, г/л |
SD, %% |
S1^, %% |
Примесь пластовой воды, % расчет |
Медвежье |
800 |
1107-1146 |
0,3 |
-79 |
-11,1 |
22 |
716 |
1137-1180 |
5,8 |
-63 |
-9,2 |
90 |
|
918 |
1082-1107 |
0,2 |
-96 |
— |
0 |
|
105 |
1100-1205 |
0,1 |
-78 |
— |
30 |
|
120 |
1097-1200 |
0,1 |
-93 |
— |
0 |
|
216 |
1143-1191 |
0,5 |
-70 |
-10,2 |
65 |
|
713 |
1120-1160 |
0,1 |
-83 |
— |
10 |
|
208 |
1123-1178 |
0,35 |
-69 |
— |
65 |
|
210 |
1123-1184 |
0,37 |
-75 |
— |
43 |
|
609 |
1123-1156 |
0,2 |
-78 |
-10,8 |
32 |
|
207 |
1146-1200 |
14,5 |
-67 |
— |
75 |
|
415 |
1154-1191 |
12,4 |
-68 |
-10,0 |
75 |
|
Уренгой |
6144 |
1207-1238 |
7,6 |
-74 |
-10,4 |
45 |
ское |
9112 |
1197-1237 |
0,5 |
-87 |
-12,0 |
0 |
251 |
1177-1196 |
0,1 |
-102 |
— |
0 |
|
275 |
1150-1180 |
0,2 |
-99 |
— |
0 |
примесь
пластовой воды в жидкости, выносимой из
скважин, рассчитанная по SD. Из этой таблицы
видно, что пропорции пластовой и
конденсационной воды, оцененные по
минерализации вод и изотопному составу
водорода, существенно разнятся. Причина
этого явления не вполне ясна, хотя при
оценке по минерализации возникает немало
осложнений. Тем не менее, совместное
использование двух методик может принести
положительные результаты.
Раздел 10
СТРУЙНЫЕ УСТАНОВКИ, СВЯЗАННЫЕ
С ДОБЫЧЕЙ И ПЕРЕРАБОТКОЙ НЕФТИ И
ГАЗА
10.1. СПОСОБ СЖАТИЯ
ГАЗА
Краткое
описание
Предложенное техническое
решение относится к струйным
аппаратам.
На рис. 10.1 представлена схема
установки, реализующей предложенный способ
сжатия газа.
Сжатие газа осуществляется
следующим образом.
В исходном положении
все запорные органы 4, 6, 8, 10 закрыты, в
сепараторе 2 жидкости нет.
При
запуске открывают запорные органы 8 и
10 и эжек-тируют низконапорный газ
высоконапорной жидкостью. Из эжектора 1
жидкостно-газовая смесь поступает в
сепаратор
2, по мере наполнения которого
происходит постепенный рост давления. При
увеличении давления до величины, при
которой прекращается эжектирование газа,
перекрывают запорный орган 10 и
продолжают подавать жидкость по магистрали
7 через эжектор 1 в сепаратор 2,
дополнительно дожимая газ.
Затем
открывают запорный орган 4 и, продолжая
подавать жидкость в сепаратор 2, отводят
сжатый газ к потребителю. После полного
заполнения жидкостью сепаратора 2
закрывают запорные органы 4 и 8,
открывают запорные органы 10 и 6. В
результате отводят жидкость из сепаратора
2, подавая в него низконапорный газ по
магистрали 9 через эжектор 1. При полном
опорожнении сепаратора 2 закрывают
запорные органы 10 и 6 и повторяют все
операции в указанной
последовательности.
Рис.
10.1. Схема установки, реализующая способ
сжатия газа:
1 — эжектор; 2 —
сепаратор; магистрали: 3 — отвода газа
потребителю, 5 -отвода жидкости из
сепаратора, 7 — подвода высоконапорной
жидкости к эжектору, 9 — подвода
пассивной среды к эжектору; 4, 6, 8, 10 —
запорные
органы
Эффективность
Дополнительное
сжатие газа в сепараторе высоконапорной
жидкостью позволяет повысить давление
сжимаемого газа. Техническое решение
использовано в
промышленности.
Разработчик
ВНИПИГазпереработка,
г.
Краснодар.
Литература
Авторское
свидетельство № 1201557, БИ № 48, 1983 (Авторы: Е.П.
Запорожец, Л.М. Мильштейн, Г.К.
Зиберт).
10.2. СПОСОБ СЖАТИЯ
ГАЗА
Краткое
описание
Предложенный способ
относится к струйной технике и является
усовершенствованием описанного ниже
способа сжатия газа по авт. св. № 1201557.
На
рис. 10.2 представлены схемы установок,
реализующие способы сжатия газа.
Рис.
10.2. Схемы установок, реализующие способ
сжатия газа:
а — схема установки,
описывающая предлагаемый способ сжатия
газа; б -схема установки с отбором и
регенерацией части жидкости; в — схема
установки с дополнительной подачей
жидкости после регенерации.
1 —
эжектор; 2 — сепаратор; магистрали: 3 —
отвода газа потребителю, 5 -отвода
жидкости из сепаратора, 7 — подвода
высоконапорной жидкости к сепаратору, 9
— подвода к эжектору пассивной среды,
11 — отбора
(подачи)
жидкости; 4, 6, 8, 10 — запорный
орган; 12 — устройство для
регенерации
жидкости
Установка
содержит эжектор 1, сепаратор 2, магистраль
3 отвода газа потребителю с запорным
органом 4, магистраль 5 отвода жидкости
из сепаратора 2 с запорным органом 6,
магистраль 7 подвода высоконапорной
жидкости к эжектору 1 с запорным органом
8 и магистраль 9 подвода к эжектору
1 пассивной среды с запорным органом
10. На магистрали 5 отвода жидкости из
сепаратора 2 дополнительно выполнена
магистраль 11 отбора жидкости в
устройство 12 для ее регенерации и
подачи в сепаратор 2.
Сжатие газа и его
очистку осуществляют следующим
образом.
В исходном положении запорные
органы 4, 6, 8 и 10 закрыты, в сепараторе
2 жидкости нет.
При запуске открывают
запорные органы 8 и 10 и эжекти-руют
пассивный низконапорный газ
высоконапорной жидкостью. Из эжектора 1
жидкостно-газовая смесь поступает в
сепаратор 2; по мере ее накопления
происходит постоянный рост
давления.
При увеличении давления до
величины, при которой прекращается
эжектирование газа, перекрывают запорный
орган 10 и продолжают подавать жидкость
по магистрали 7 через эжектор 1,
дополнительно дожимая газ.
При
достижении максимального давления
открывают запорный орган 4, продолжают
подавать жидкость в сепаратор 2, при этом
отводимый сжатый газ предварительно
контактирует в противотоке с подаваемой
жидкостью (в момент отвода газа, когда
давление максимальное). Жидкостью при этом
абсорбируют из отходящего газа вредные
примеси, например, воду, сероводород,
углекислоту и другие компоненты. Очищенный
газ отводят потребителю.
После полного
заполнения жидкостью сепаратора 2
закрывают запорные органы 4 и 8 и
открывают запорные органы 10 и 6. В
результате отводят жидкость из сепаратора
2, подавая в него низконапорный газ по
магистрали 9 через эжектор 1. При полном
опорожнении сепаратора 2 закрывают
запорные органы 10 и 6 и повторяют все
операции в указанной
последовательности.
Часть жидкости из
сепаратора 2 отводят по магистрали 11
в устройство 12 для ее регенерации и
затем дополнительно подают в сепаратор
2 противоточно отводимому из него
газу.
Эффективность
Дополнительная
очистка газа, сжимаемого в сепараторе
значительным количеством высоконапорной
жидкости при противоточном
контактировании, осуществляемом при
наиболее выгодных режимах, обеспечивает
расширение функциональных возможностей
способа сжатия газа.
Разработчик
ДАО ЦКБН ОАО
“Газпром” (142100, Московская обл., г.
Подольск, Комсомольская,
28).
Литература
Авторское
свидетельство № 1321178 (Авторы: Г. К. Зиберт,
Е.П. Запорожец).
10.3. СПОСОБ
СЖАТИЯ ГАЗА
Краткое
описание
Предложенный способ сжатия
газа относится к струйным установкам,
связанным с добычей и переработкой нефти и
газа, и позволяет расширить диапазон
применения способа.
На рис. 10.3
схематически изображена струйная
установка, в которой реализуется способ
сжатия газа.
Сжатие газа осуществляется
следующим образом.
В исходном положении
все запорные органы 4, 6 и 9 закрыты, в
сепараторе 2 находится жидкость. При
запуске открывают запорные органы 6 и
9 и эжектируют газ высоконапорной
жидкостью. Из эжектора 1
жидкостно-газовая смесь поступает в
сепаратор 2, создавая в нем избыточное
давление, под воздействием которого
жидкость удаляется из сепаратора 2 по
магистрали через запорный орган 6. По мере
удаления из сепаратора 2 жидкости он
заполняется газом. Запорный орган 6
закрывают. Жидкостно-газовую смесь в
сепаратор 2 подают до давления, при
котором прекращается эжектирование газа.
Прекращают подачу газа через запорный
орган 9 и продолжают подавать
высоконапорную жидкость по магистрали 7
через эжектор 1 в сепаратор 2,
дополнительно сжимая газ до давления 0,9 МПа.
Затем открывают запорный орган 4, продолжая
подавать жидкость в сепаратор 2, отводят
сжатый газ к потребителю. После полного
заполнения жидкостью сепаратора 2
закрывают запорный орган 4, открывают
запорные органы 6 и 9 и повторяют все
операции в указанной
последовательности.
Эффективность
Эффективность
предложенного способа сжатия газа
достигается за счет расширения диапазона
применения. Техническое решение
использовано в промышленности.
Разработчик
ВНИПИГазпереработка,
г. Краснодар.
Рис.
10.3. Струйная установка:
1 — эжектор;
2 — сепаратор; магистрали: 3 — отвода
газа потребителю, 5 — отвода жидкости из
сепаратора, 7 — подвода высоконапорной
жидкости к эжектору, 8 — подвода к
эжектору пассивной среды; 4, 6, 9 —
запорный орган
Литература
Авторское
свидетельство № 1343119, БИ №
37, 1987
(Авторы: Е.П.
Запорожец, Л.М. Мильштейн, Г.К. Зиберт).
10.4. СПОСОБ СОЗДАНИЯ ВАКУУМА
Краткое описание
Предложенный способ
создания вакуума относится к струйной
технике. Он может быть реализован, например,
при регенерации абсорбента
(диэтиленгликоля), которую производят под
вакуумом. Жидкость, например, воду
разгоняют до скорости 80 м/с, при которой
статическое давление жидкости равно
давлению упругости ее паров 2*103 МПа,
что приводит к преобразованию жидкости в
парожидкостную смесь. Скорость
парожидкостной смеси при ее разгоне
поддерживают равной скорости звука в
парожидкостной смеси или превышающей ее.
Для описываемого примера парожидкостную
смесь разгоняют до скорости 100 м/с;
откачиваемую газообразную среду подводят к
парожидкостной смеси в зоне ее течения со
скоростью звука. Над регенерируемым
абсорбентом достигается давление
2,5*103 МПа.
Повышение экономичности
способа создания вакуума достигается путем
преобразования жидкости в парожидкостную
смесь разгоном
жидкости.
Разработчик
ВНИПИГазпереработка,
г.
Краснодар.
Литература
Авторское
свидетельство № 1196536, БИ № 10, 1996 (Авторы: Е.П.
Запорожец, Л.М. Мильштейн, С.И. Бойко, А.И.
Михеев).
10.5. СТРУЙНАЯ
УСТАНОВКА
Краткое
описание
Предложенное техническое
решение относится к струйным установкам,
предназначенным для сжатия низконапорных
газов высоконапорной жидкостью в системах
сбора, подготовки и переработки нефти и
природного газа.
На рис. 10.4 представлена
струйная установка.
Струйная установка
содержит эжектор 1, соединенный с
сепаратором 2, магистраль отвода сжатого
газа 3 с запорным органом 4, магистраль
5 отвода жидкости из сепаратора 2 с
запорным органом 6, магистраль 7 подвода
высоконапорной жидкости в эжектор 1 и
магистраль 8 подвода низконапорного
газа с запорным органом 9. В магистралях
подвода низконапорного газа 8 и отвода
сжатого газа 3 запорные органы 9 и 4
выполнены в виде обратных клапанов, в
каждом из которых седло 10 закреплено на
оси 11 с возможностью вращения; при этом
в нормальном состоянии седло 10
перекрывает проходное отверстие 12. В
магистрали отвода жидкости 5 запорный
орган 6 выполнен в виде поплавкового
клапана 13 с соосно подсоединенным
вертикальным цилиндром 14, в котором
расположен поршень 15 со штоком 16,
причем полость 17 над поршнем сообщена
через эжекторный патрубок 18 с
магистралью отвода жидкости 5, а полость
19 под поршнем 15 сообщена с помощью
импульсного трубопровода 20 и
регулирующего вентиля 21 с поплавковым
клапаном 22, установленным в верхней части
сепаратора 2 на входе в магистраль
отвода сжатого газа 3.
Рис.
10.4. Струйная установка:
1 — эжектор;
2 — сепаратор; линии: 3 — отвода
сжатого газа, 5 — отвода жидкости, 7 —
подвода высоконапорной жидкости, 8 —
подвода низконапорного газа; 4, 6, 9 —
запорный орган; 10 — седло; 11 — ось;
12 — проходное отверстие; 13, 22 —
поплавковый клапан; 14 — вертикальный
цилиндр; 15 — пор-шень; 16 — шток; 17 —
полость над поршнем; 18 — патрубок; 19 —
полость под поршнем; 20 — импульсный
трубопровод; 21 — вентиль
Струйная
установка работает следующим образом.
В
исходном состоянии запорные органы 4, 6, 9
и поплавковый клапан 22 закрыты, поршень
15 в цилиндре 14 находится в крайнем
нижнем положении, регулирующий вентиль
21 открыт.
По магистрали 7 в
эжектор 1 подается высоконапорная
жидкость. Под действием высоконапорной
жидкости в приемной камере эжектора 1
создается разрежение, под действием
которого седло 10 открывает проходное
отверстие 12 обратного клапана 9, и
происходит приток низконапорного газа из
магистрали 8 в эжектор 1. В эжекторе 1
высоконапорная жидкость взаимодействует с
газом, передает ему свою энергию.
Полученная в результате этого
газожидкостная смесь под давлением
поступает в сепаратор 2.
Газожидкостная
смесь в сепараторе 2 разделяется на
предварительно сжатый газ и жидкость.
Жидкость скапливается в нижней части
сепаратора 2, а сжатый газ — в его верхней
части. Поплавковый клапан 13 находится в
закрытом состоянии, которое обеспечивается
действием разности давлений в сепараторе
2 и магистрали отвода жидкости 5
(большего внутри сепаратора 2 и меньшего
в магистрали отвода жидкости 5).
Газожидкостная смесь поступает в сепаратор
2 до достижения в последнем давления,
при котором прекращается процесс
эжектирования газа жидкостью. С
прекращением процесса эжекции седло 10
обратного клапана 9 перекрывает
проходное отверстие 12, и низконапорный
газ в сепаратор 2 из магистрали 8
перестает поступать. Высоконапорная
жидкость из магистрали 7, проходя эжектор 1,
наполняет сепаратор 2 и дополнительно
сжимает газ. Давление сжатого газа
перемещает седло 10 и открывает
проходное отверстие 12 обратного
клапана 4. Сжатый газ, вытесняемый жидкостью
из сепаратора 2, поступает через проходное
отверстие 12 обратного клапана 4 в
магистраль отвода сжатого газа
3.
Вытесняя сжатый газ из сепаратора 2,
уровень жидкости достигает его верхней
части, в которой расположен поплавковый
клапан 22. Под действием жидкости поплавок
клапана всплывает и открывает отверстие
импульсного трубопровода 20. Часть
жидкости под давлением проходит импульсный
трубопровод 20, регулируемый вентиль
21 и попадает в полость 19 под поршнем
15. Поршень 15 под действием разности
давлений в полостях 19 и 17
поднимается и штоком 16 перемещает
поплавковый клапан 13, открывая проход
жидкости из сепаратора 2 в магистраль
отвода жидкости 5. За время подъема поршня
15 жидкость полностью вытесняет сжатый
газ из сепаратора 2 в магистраль отвода
сжатого газа 3. Время подъема поршня 15
устанавливается с помощью регулирующего
вентиля 21.
Жидкость сливается из
сепаратора 2 в магистраль отвода
жидкости 5. При сливе жидкости в сепараторе
2 понижается давление. Под действием
разности давлений в сепараторе 2 и
магистрали отвода жидкости 3 седло 10
перекрывает отверстие 12 обратного
клапана 4, установленного в магистрали
отвода сжатого газа 3. Сливающаяся жидкость
эжектирует среду по патрубку 18 из
полости 17 над поршнем 15, создавая в
последнем разрежение и удерживая тем самым
поршень 15 в верхнем положении и
предотвращая самопроизвольное закрытие
поплавкового клапана 13.
Во время
слива, как уже указывалось выше, в
сепараторе 2 понижается давление, вновь
происходит процесс эжекции газа
высоконапорной жидкостью, подача
газожидкостной смеси эжектором 1 в
сепаратор 2, разделение в последнем
газожидкостной смеси. При этом расход
сливаемой жидкости превышает количество
жидкости, поступающей в сепаратор, и
уровень ее в сепараторе понижается. Во
время опорожнения сепаратора 2 клапан
поплавковый 22 закрыт и жидкость не
поступает по импульсному трубопроводу
20; поршень 15 со штоком 16
опускается за счет перетока оставшейся
жидкости из полости 19 в полость 17 по
зазору между поршнем 15 и стенкой
цилиндра 14.
После удаления жидкости
из сепаратора клапан поплавковый 13
перекрывает входное отверстие магистрали
отвода жидкости 5 и сжатие газа по
описанному выше циклу
повторяется.
Эффективность
Предложенное
техническое решение обеспечивает
автономную работу струйной установки путем
использования энергии потоков жидкости и
газа.
Техническое решение использовано
в проектах ЦКБН.
Разработчик
ДАО
ЦКБН ОАО “Газпром” (142100, Московская обл., г.
Подольск, Комсомольская,
28).
Литература
Патент РФ № 2140580, 1999
(Авторы: Г.К. Зиберт, Е.П. Запорожец, Б.П.
Шулекин).
ТЕХНИКА И
ТЕХНОЛОГИЯ ЛОВИЛЬНЫХ РАБОТ
В процессе
ремонтных работ в газовых скважинах из-за
нарушения технологических процессов
происходят аварии, связанные с поломкой и
срывом резьбы в НКТ, падением посторонних
предметов в скважину, нарушением
целостности обсадных колонн. Прежде чем
приступить к ликвидации той или иной
аварии, необходимо ее проанализировать. При
этом надо всегда помнить, что применение
несоответствующего ловильного инструмента
приводит к усложнению аварии.
В любом
случае при подозрении на поломку
бурильного инструмента или НКТ в скважине
бурильщик обязан немедленно приступить к
подъему труб.
Перед спуском ловильного
инструмента в скважину составляют эскиз
общей компоновки ловильного инструмента и
ловильной части с указанием основных
размеров.
Длина спускаемой бурильной
колонны с ловильным инструментом должна
подбираться с таким расчетом, чтобы
ловильный инструмент крепился ротором,
причем в плашках превентора должна
находиться бурильная труба,
соответствующая их размеру, а в роторе —
ведущая. При подъеме ловильного
инструмента с извлекаемыми трубами
развинчивание замковых соединений
необходимо выполнять сначала машинными
ключами, а затем вручную.
При работе
любым инструментом необходимо помнить, что,
прежде чем спустить его в скважину, надо
знать, как его оттуда извлечь в случае
аварии. Ловильный инструмент служит для
извлечения из скважины аварийных НКТ,
бурильных труб, кабеля и других предметов
или для обработки их поверхности. К таким
инструментам относятся печати, труболовки,
метчики, колоколы, ловители, яссы, райберы,
фрезеры и т.д.
Для определения
местонахождения и состояния оставшихся в
скважине предметов, а также для оценки
состояния эксплуатационной колонны
применяют печать.
Конструкции печатей
различны. Известны такие типы печатей, как
плоская, конусная, универсальная,
объемная и др.
Плоская печать
предназначена для получения отпечатков
предмета, находящегося в скважине. Диаметр
цилиндрической части свинцовой оболочки
печати должен быть меньше внутреннего
диаметра колонны на 10+12 мм.
Конусная
печать предназначена для получения
отпечатков стенки эксплуатационной
колонны, участков смятий, трещин и т.д.
Свинцовую оболочку этой печати
изготавливают таким образом, чтобы диаметр
широкой части был на 10 мм меньше
внутреннего диаметра обследуемой колонны,
а нижняя часть конуса на 50 мм меньше широкой
части.
Универсальная печать ПУ-2 (рис.
10.1) в отличие от свинцовых имеет
алюминиевую оболочку и состоит из корпуса 3,
представляющего собой цилиндрическое тело,
на верхнем конце которого имеется конусная
резьба под переводник 9. На утолщенную
часть корпуса снизу надевают сменные
резиновый стакан 1 и алюминиевую
оболочку 2. Стакан удерживается
четырьмя винтами. К цилиндрической части
корпуса приварена шпонка 4, а выше
нарезана трапецеидальная резьба, в которую
ввинчивается гайка 6. Зажимное
устройство — гайка и нажимная втулка 5, при
вращении гайки 6 последняя толкает
нажимную втулку и тем самым приводит ее в
поступательное движение. Для
предотвращения самопроизвольного
отвинчивания гайки 6 и освобождения
алюминиевой оболочки предусмотрена
контргайка 8 с шайбой 7. Сжимающая
нагрузка, передаваемая на печать, должна
составлять 1,5 + 2 т, что вполне достаточно для
получения оттиска.
Гидравлическая
печать ПГ-146-1 (рис. 10.2) применяется для
обследования эксплуатационных колонн
диаметром 146 мм. В отличие от других
конструкций она позволяет получить более
четкое представление о характере
повреждения колонны на всей площади
соприкасающихся поверхностей резинового
элемента и обсадной колонны. В трубы, на
которых спускают печать в скважину,
нагнетают раствор. Проходя через отверстия
«А», просверленные во внутренней трубе,
раствор попадает под резиновый элемент,
который плотно прижимается к внутренней
стенке колонны. Давление доводят до 1,2 МПа,
выдерживают 5 мин, а затем уменьшают
до
Рис.
10.1. Универсальная пе- Рис. 10.2.
Гидравлическая печать ПГ-146-1: чать ПУ-2
1 — гайка; 2 — корпус; 3
— поршень; 4 —
стопорная гайка; 5
— гайка; 6
—
конусный узел; 7 —
втулка; 8 — резиновый элемент; 9
— пластичный
слой;
10 — штуцер
атмосферного и
после этого печать поднимают на
поверхность.
В Полтавском отделении
УкрНИГРИ в начале 80-х годов была
разработана объемная печать, которая
показана на рис. 10.3. Она состоит из корпуса
1, переходника 2, винтов
3, втулок 4,
стопорной плиты 5, эластичной прокладки
6,
Рис. 10.3. Объемная печать для
определения контуров предметов,
находящихся в скважине
направляющей
плиты 7 и стержней 8. Корпус
представляет собой полую цилиндрическую
деталь с замковой резьбой на одном конце и
отверстиями с резьбой на другом конце,
служащими для присоединения сменных
переходников и плит с прокладками. Из-за
трудоемкости изготовления корпуса
переходника предложено один корпус
использовать для печатей нескольких
размеров. Для этого между корпусом и
направляющими плитами 7 устанавливают
переходник 2, благодаря чему обеспечивается
плавный переход от корпуса к печати.
При изготовлении печатей в малых
количествах и на х о-роших трубонарезных
станках корпус может быть
выполнен
заодно с переходником.
Благодаря втулкам между переходником и
стопорной плитой создается зазор,
необходимый для выхода стержней во время
снятия оттиска, а также возможно крепление
плит не по их периферийной части. Для
получения отпечатков контуров предметов,
находящихся в скважине, используются
стержни, которыми оснащают всю торцовую
поверхность плит. Стопорная плита 5 и
направляющая плита 7 служат для
направления движения стержней строго по
вертикали.
Эти плиты являются самыми
ответственными и трудоемкими деталями.
Авторами [27] предусмотрено оснащение плит
стержнями диаметром 5 мм, в качестве которых
используют гвозди. Под них сверлят
отверстия диаметром 5,3 мм с расстояниями
между центрами 10 мм. Перед сверлением
отверстий под стержни делают разметку под
крепежные болты (3 + 4 шт).
Плиты соединяют
болтами, на верхнюю плиту приклеивают
миллиметровую бумагу, с промежутками в 10 мм
сверлят отверстия. Между плитами размещают
эластичную прокладку из резины или
прорезиненного ремня. Эластичная резиновая
прокладка удерживает стержни от
перемещения при отсутствии механического
воздействия. Стержни перемещаются при
приложении к ним части веса бурильной
колонны в 2 т (20 кН).
Подготовка печати к
работе заключается в следующем. В
соответствии с диаметром скважины
подбирают узлы печати: корпус, переходник,
винты, втулки, стопорную и направляющую
плиты, прокладку и стержни. Все детали
соединяют, как показано на рис. 10.3. Стержни
выходят на 30 мм ниже направляющей плиты.
Подготовленную к спуску печать
присоединяют к бурильной колонне, после
чего проверяют состояние стержней — не
переместились ли они при креплении печати к
колонне труб. Печать спускают с небольшой
скоростью, чтобы избежать столкновения ее с
уступами в скважине. При соприкосновении с
предметом, прилагая нагрузку 2 т (20 кН),
печать поднимают. Стержни по линии контакта
перемещаются в плитах в соответствии с
формой предмета.
10.2.
ТРУБОЛОВКА
Труболовка предназначена
для ловли НКТ. Их выпускают с резьбой
правого и левого направлений. Труболовки с
резьбой правого направления служат для
извлечения колонны за-202 хваченных труб
целиком, а с резьбой левого направления —
для извлечения труб по частям путем их
отвинчивания.
Труболовки внутренние
захватывают трубы за их внутреннюю
поверхность, а наружные — за наружную
поверхность или муфту. Труболовки
внутренние и наружные подразделяют на
неосвобождающиеся и
освобождающиеся.
Внутренние
труболовки неосвобождающиеся имеют только
механизм захвата плашечного типа, а
освобождающиеся имеют механизм фиксации
плашек в освобожденном состоянии.
Освобождение труболовки с
плашечно-клиновидным захватным механизмом
осуществляется путем резкого спуска
колонны труб, что приводит к утапливанию
плашек и фиксации их в этом положении. При
использовании освобождающихся труболовок
(или других инструментов) с плашечным
захватным механизмом надо очень осторожно
выбирать величину растягивающих усилий.
Оптимальные значения этих усилий, которые
обеспечивают надежное сцепление плашек с
поверхностью трубы для успешного
отвинчивания, следующие:
Растягивающая
нагрузка, т……….. 20+30 50+60
70+80 100
100+120
Условный диаметр НКТ,
мм…….. 60 73 89 102
114
Внутренние освобождающиеся
труболовки выпускаются с гидравлическим
(ТВГ) и механическим (ТВМ) принципами
освобождения. Труболовка ТВМ-1 (рис. 10.4)
состоит из механизмов захвата и фиксации
плашек в освобожденном положении. Механизм
захвата в нижней части труболовки
изготавливают в двух видах:
одноплашечный (ТВМ 60-1) и
шести-плашечный ДВМ 73-1, ТВМ 89-1, ТВМ 102-1,
ТВМ 114-1). В конструкции с одной плашкой
механизм захвата состоит из стержня с
гребенчатой насечкой и плашки, а
конструкция с шестью плашками — из стержня,
плашкодержателя плашек и наконечника.
Стержень шестиплашечного механизма
захвата имеет шесть наклонных плоскостей,
расположенных в два яруса и смещенных
относительно друг друга на 60°. Посредине
каждой плоскости предусмотрены продольные
выступы с профилем сечения типа
«ласточкин хвост», по которым в
вертикальном направлении синхронно
перемещаются плашки 8 с
плашкодержателем 7. Перемещение плашек
ограничивается в верхнем положении упором
их в заплечик стержня, а в нижнем — упором в
торец наконечника 9. В од-ноплашечном
механизме захвата функцию противоположной
плашки выполняет гребенчатая насечка на
поверхности труболовки, а роль
плашкодержателя — поводок, ввинченный в
верхний торец плашки и удерживающий плашку
после осво-
Рис.
10.4. Труболовка ТВМ-1 вну- Рис. 10.5. Труболовка
ТВМ 114-2 внут-тренняя освобождающаяся меха-
ренняя освобождающаяся нического
действия
бождения. Механизм
освобождения состоит из корпуса 3,
фиксатора 4, плашкодержателя 7 и
тормозного башмака 6.
Фиксатор имеет
наружную трапецеидальную резьбу и два паза
прямоугольного сечения, при помощи которых
он может перемещаться вдоль шпонок,
закрепленных на стенке 2. При этом фиксатор
может ввинчиваться в корпус и
вывинчиваться из него полностью до упора в
бурт стержня, удерживая плашки в
зафиксированном положении. Корпус пред-204
ставляет собой полый цилиндр, на верхнем
конце которого нарезана трапецеидальная
резьба для присоединения фиксатора и
крышки, а на нижнем — цилиндрическая резьба
для соединения с ниппелем 5 и тормозным
башмаком с радиальными зубьями на торце. На
верхний конец корпуса навинчивают муфту
1.
Труболовка ТВМ 114-2 (рис. 10.5) состоит из
механизмов захвата и освобождения.
Основная деталь механизма захвата —
стержень верхний 1, имеющий шесть
плоскостей, скошенных под углом 7° и
расположенных в два яруса. В каждом ярусе
предусмотрены три плоскости, оси симметрии
скошенных плоскостей нижнего яруса смещены
относительно соответствующих осей
верхнего на 60°. Посредине каждой плоскости
сделаны продольные выступы с профилем
сечения типа «ласточкин хвост», по
которым перемещаются плашки
3. Каждая
плашка имеет с передней стороны кольцевые
нарезы пилообразного профиля,
предназначенные для захвата ловимых труб, а
с задней — скошенную плоскость и паз с
профилем сечения, соответствующим выступу
стержня, благодаря чему плашка может
перемещаться вдоль стержня. Плашки
надеваются на продольные выступы стержня
вместе с плашкодержателем 2, представляющим
собой тонкостенный цилиндр с шестью окнами
для плашек. Ход плашек ограничивается в
верхнем положении упором в заплечик
стержня, а в нижнем (для нижнего яруса) —
упором в торец упорной гайки 4, которая
навинчивается на нижний конец стержня 5
при помощи специального ключа. Детали
механизма освобождения: стержень нижний,
фиксатор, ограничитель фиксатора,
направляющая фиксатора, тормоз и упорные
подшипники. Стержень нижний при помощи
левой конической резьбы соединяется со
стержнем верхним, а при помощи
трапецеидальной резьбы — с корпусом
фиксатора 6, причем во избежание
затягивания резьбы во время свинчивания
кулачок, предусмотренный на нижнем торце
корпуса фиксатора, упирается в плоскость
головки ограничителя фиксатора 9,
закрепленного на нижнем стержне. На боковой
поверхности корпуса фиксатора закреплены
при помощи винтов 8 две скользящие
шпонки 7, которые входят в пазы направляющей
фиксатора 11 и при отвинчивании его от
стержня в процессе освобождения труболовки
могут перемещаться вдоль этих пазов, не
выходя полностью из них. С нижним концом
направляющей фиксатора соединен узел
тормоза труболовки, который состоит из
пружинодержателя 12, четырех плоских
пружин 13 и кольца 15 с винтами
14.
Пружины расположены в пазах на
боковой поверхности пружинодержателя.
Нижние концы пружин закреплены винтами,
завинчиваемыми в стенки пружинодержателя
через отверстия в кольце. Кольцо надевается
снизу на пружинодер-жатель и крепится на
нем при помощи дополнительных четырех
винтов. Вращение механизма освобождения
труболовки облегчается благодаря наличию
упорного шарикоподшипника 10.
Наконечник 16 соединяется с нижним
стержнем при помощи левой резьбы и
стопорится винтами 17.
Ловильные
работы труболовкой проводят в следующей
последовательности. После проверки работы
механизмов захвата и освобождения
труболовку спускают на бурильных трубах
без вращения во избежание срабатывания
механизма фиксации плашек в освобожденном
положении. За 30 м до верхнего конца
аварийных труб восстанавливают циркуляцию
и при прокачке жидкости спускают
труболовку до верхнего конца аварийных
труб. Контролируя показания индикатора
веса, медленно вводят труболовку внутрь
аварийных труб и фиксируют момент посадки
инструмента. Расхаживанием в пределах
грузоподъемности труболовки поднимают
захваченные трубы.
В случае, если
колонну труб поднять невозможно, ее
отворачивают вращением ротора против
часовой стрелки для левой труболовки, а по
часовой стрелке для правой.
Труболовка
для ловли НКТ (Румыния)
Труболовки
румынского производства освобождащиеся
выпускаются для ловли НКТ диаметром 60,3 мм; 73
мм; 88,9 мм; l0l,6 мм и 114,3 мм.
Труболовка (рис.
10.6) состоит из следующих частей: корпуса 2,
на котором монтируются плашки 4 с
зубьями. На корпусе имеется обойма 3, на
которой крепятся пружины 5. На наружной
головке труболовки имеется направляющая
головка 6, закрепленная в корпусе
труболовки предохранительным винтом. В
верхней части корпуса 2 имеется
специальный замок 1, обеспечивающий
присоединение труболовки к колонне
труб.
Перед спуском труболовки в
скважину проверяют ее работу. По достижении
верхней части аварийных труб
восстанавливают циркуляцию и вводят
труболовку в аварийные трубы, наблюдая за
повышением давления на насосе и снижением
веса по ГИВ. После того как труболовка
зайдет в НКТ, пружины будут соприкасаться с
внутренними стенками труб. 206
Рис.
10.6. Труболовка внутренняя для ловли НКТ
(Румыния)
Обойма с плашками имеет
тенденцию к остановке из-за трения пружин
5 о внутреннюю поверхность труб, и затем
осуществляются ловильные работы. Таким
образом, плашки находятся в верхней части
корпуса и позволяют провести их зарядку при
помощи вращения и вытягивания. Колонну
вращают на 1/2 оборота влево. При перемещении
труболовки вверх плашки скользят по
наклонной поверхности корпуса и крепятся к
внутренней стенке трубы.
Т а б ли ц а 10.1
Техническая
характеристика труболовок
(внутренних)
Румынского
ироизводства
Наружный диаметр захватываемых НКТ, мм |
Наружный диаметр замка муфты, |
Предел ловли НКТ с |
Максимальная нагрузка, мм |
60,3 |
79,4 |
48…56 |
200 |
73 |
95,2 |
59…66 |
400 |
88,9 |
108 |
72…81 |
700 |
101,6 |
108 |
81…91 |
900 |
114,3 |
139,7 |
93… 105 |
1100 |
Захваченные труболовкой НКТ
вытягивают с усилием, не превышающим
рабочую нагрузку, указанную в табл. 10.1.
Труболовка наружная типа М1
(Румыния)
Труболовка наружная типа М1
(рис. 10.7) состоит из патрубка 1, имеющего в
верхней части присоединительную резьбу для
наворота на бурильные трубы, а в нижней
части резьбу для соединения с корпусом
14. В нижней части корпуса имеется
резьба, в которую ввинчивается муфта 15,
внутри которой имеется прокладка 16 и
протектор 17. В нижнюю часть муфты
ввинчивается башмак 18. Внутри корпуса
устанавливаются плашка 13 и распорка
10, которые закреплены муфтой 8. Внутри
муфты находится пружина 7. Муфта 8
крепится к втулке 3 двумя винтами 6. На
наружной части втулки 3 имеется
пускатель 4. Напротив канавок имеются два
штифта 5.
Т а б л и ц а 10.2
Основные
характеристики труболовки наружной
М1
Наружный |
Внутренний диаметр |
Размер |
Максимальная нагрузка, кН |
92 |
43 |
СН 1,66 |
200 |
47 |
СН 1,66 |
||
49 |
СН 1,9 |
||
54 |
С1 1,9 |
||
56 |
МН |
||
57 |
МН 1,9 и М1 1,66 |
||
61 |
СН 23/8 |
||
64 |
М1 1,9 |
||
115 |
49 |
СН 1,9 |
300 |
54 |
С1 |
||
56 |
МН 1,9 |
||
61 |
СН23/8 |
||
64 |
М1 |
||
67 |
С1 23/8 |
||
74 |
СН 27/8 |
||
79 |
СН 27/8 |
||
126 |
61 |
СН |
440 |
66,5 |
С1 |
||
74 |
СН 27/8 и МН |
||
79 |
СН1 27/8 и М1 |
||
90,5 |
СН 372 и М |
||
94 |
М1 СН 27/8 |
||
140 |
90 |
3У2 ИФ |
500 |
96 |
27/8 Рег |
||
1 09 |
4 |
Собирается
труболовка следующим образом: в
корпус
вводится плашка 13,
которая предварительно собирается с
кольцом 12 и заклепкой 11. Внутри плашки
вводится распорка 10, которая
ввинчивается в муфту 8 и стопорится
винтом 9, после чего плашки крепятся к муфте.
Внутри муфты устанавливаются пружина 7
и втулка 3, которые крепятся к муфте винтом 6.
Штифт 5 устанавливается в муфте и
вводится пускатель 4. Втулка 5
ввинчивается в патрубок 1, затем стопорится
винтом 2. Патрубок 1 ввинчивается в
корпус
1 4.
Перед спуском в
скважину труболовку проверяют и смазывают.
Перед тем как накрыть аварийные НКТ,
осторожно доопускают труболовку и,
контролируя по ГИВ «посадку»,
применяют усилие на труболовку с тем, чтобы
верхняя часть аварийных НКТ вошла внутрь
труболовки и нажала на распорку. При этом
штифты входят в канавку, а плашки скользят
вниз на конусную часть труболовки и
захватывают трубу.
Если трубы не
извлекаются, снова применяется усилие на
труболовку; плашки при этом вытягиваются
вверх, и труболовка освобождается. В табл.
10.2 приведены основные характеристики
труболовки типа М1.
10.3.
МЕТЧИКИ
Метчики предназначаются для
ловли и извлечения из скважины бурильных
труб. Метчики делят на универсальные и
специальные.
Метчики бурильные
универсальные (рис. 10.8) МБУ применяют для
захвата извлекаемой колонны ввинчиванием в
тело трубы. Основные размеры метчиков МБУ
приведены в табл.
10.3. Метчики
специальные замковые МСЗ (рис. 10.9)
используют для захвата трубы ввинчиванием
в замковую резьбу. В табл. 10.4 приведены
размеры метчиков МСЗ.
Метчики каждого
типа изготавливают в зависимости от
назначения с правой и левой резьбой.
Метчики с правой резьбой применяют для
извлечения оставшейся колонны труб
целиком, а метчики с левой резьбой для
отвинчивания и извлечения колонны по
частям. Метчики обычно применяют в тех
случаях, когда в ходе ликвидации аварии
требуются большие крутящие моменты и
расхаживание бурильной колонны.
Порядок
проведения ловильных работ метчиком
следующий. Не доходя 3 5 м
до верха аварийных труб,
восстанав
ливают циркуляцию
промывочной жидкости, уточняют вес колонны
по ГИВ, давление на насосе, а также
температуру выходящей на устье промывочной
жидкости. При допуске бу-210 рильных труб с
метчиком к аварийным трубам и заходе его
внутрь давление на насосе увеличивается и
снижается вес колонны. Медленным вращением
ротора (на два-три оборота) с нагрузкой 10 * 20
кН закрепляют метчик. Рост давления вначале
и последующее снижение его до величины,
большей первоначальной, указывают на
циркуляцию жидкости через долото. После
этого метчик докрепляют до «отдачи” с
нагрузкой 20 * 30 кН.
Рис.
10.8 Метчик бурильный универсальный
МБУ
Рис. 10.9. Метчик
специаль ный замковый МСЗ
Т а б ли ц а 10.3
Основные
размеры метчиков бурильных универсальных
МБУ
Типоразмер метчика |
Резьба d1 (ГОСТ 5286-75) |
Резьба d1r мм |
d2, мм |
ds, мм |
d4, мм |
D, мм |
D1, мм |
D мм |
|
ГОСТ 633-80 |
ГОСТ 632-80 |
||||||||
МБУ 20-45 |
3-62 |
73 |
— |
20 |
— |
30 |
80 |
73,0 |
48,7 |
МБУ 22-54 |
3-76 |
89 |
— |
22 |
10 |
40 |
95 |
88,9 |
57,2 |
МБУ |
3-88 |
102 |
— |
32 |
14 |
45 |
108 |
101,6 |
76,2 |
МБУ 58-94 |
3-102 |
— |
114 |
58 |
22 |
60 |
120 |
114,3 |
96,8 |
Типоразмер метчика |
D3, мм |
l, мм |
А, мм |
l2, мм |
l3, мм |
l4, мм |
L |
Грузоподъемная сила, кН |
Масса, кг |
|
min |
max |
|||||||||
МБУ 20-45 |
45,6 |
80 |
415 |
465 |
5 |
76 |
715 |
160 |
300 |
< 9 |
МБУ 22-54 |
54,2 |
100 |
520 |
570 |
— |
86 |
830 |
220 |
420 |
<13 |
МБУ 32-73 |
73,1 |
110 |
670 |
720 |
10 |
86 |
980 |
300 |
640 |
<20 |
МБУ 58-94 |
93,7 |
110 |
595 |
645 |
25 |
85 |
905 |
560 |
820 |
<28 |
Т а б л и ц а
10.4
Основные размеры метчиков
бурильных универсальных МБУ
Типоразмер метчика |
Резьба d (ГОСТ |
dj, мм |
d2, |
d3, мм |
l, |
l1, мм |
МСЗ-62 |
З-62 |
16 |
62,670 |
30 |
80 |
150 |
МСЗ-76 |
З-76 |
16 |
76,200 |
40 |
100 |
150 |
МСЗ-88 |
З-88 |
16 |
88,887 |
35 |
110 |
250 |
МСЗ-92 |
З-92 |
16 |
92,075 |
40 |
100 |
215 |
МСЗ-101 |
З-101 |
20 |
101,438 |
40 |
110 |
250 |
МСЗ-102 |
З-102 |
30 |
102,010 |
40 |
110 |
250 |
МСЗ-117 |
З-117 |
50 |
117,462 |
50 |
125 |
250 |
П р о д о
лж е н и е т а б л . 10.4
Типораз мер метчика |
l2, мм |
l3, мм |
l4, мм |
с, мм |
D, мм |
L, мм |
Грузо-подъемная сила, |
Масса, кг |
МСЗ-62 |
87 |
24 |
107 |
3 |
80 |
280 |
1000 |
< 4 |
МСЗ-76 |
113 |
30 |
133 |
3 |
95 |
300 |
1600 |
< 9 |
МСЗ-88 |
127 |
39 |
147 |
3 |
108 |
300 |
1600 |
< 14 |
МСЗ-92 |
126 |
44 |
146 |
4 |
108 |
320 |
2000 |
< 15 |
МСЗ-101 |
135 |
46 |
155 |
4 |
118 |
320 |
2000 |
< 16 |
МСЗ-102 |
133 |
42 |
153 |
4 |
120 |
320 |
2000 |
< 15 |
МСЗ-117 |
130 |
27 |
150 |
4 |
140 |
320 |
2000 |
< 22 |
Ловильные колокола
предназначаются для ловли оставшейся в
скважине колонны труб за конец трубы (целой
или сломанной), а также и НКТ. Колокола
изготавливают с резьбой типа К и КС, а также
гладкие.
Колокола ловильные типа К
предназначены для извлечения оставшейся в
скважине колонны бурильных труб или НКТ с
захватом их посредством навинчивания по
наружной поверхности. Колокола
изготавливают по ОСТ 26-02-1275-75 (рис. 10.10, табл.
10.5). В верхней части колокола нарезается
резьба замковой муфты по ГОСТ 5286 — 75, в
нижней части — внутренняя ловильная
резьба, а снаружи — трубная резьба для
соединения с направляющей воронкой.
Ловильную резьбу цементируют на глубину 0,8
1,2 мм с по
следующей закалкой и
отпуском до твердости HRC = = 56 62.
Колокола изготавливают как с правыми
резьбами
и канавками, так и с левыми из
стали марки 203, которую можно заменять
сталью другой марки, но не ухудшающей
качество колокола. Ловильные работы
колоколом не отличаются от работ
метчиком.
Колокол КС — кованый стальной
патрубок специальной формы. На его
внутреннем верхнем конце нарезана резьба
муфты замка для соединения с колонной
бурильных труб. Внутри нижней половины
патрубка нарезана ловильная резьба
специального профиля, отличающаяся от
профиля резьбы НКТ углом при вершине ниток
резьбы (8 10 ниток на 25
мм резьбы,
конусностью 1 : 16). Для выхода стружки на
внутренней поверхности колокола сделано 4
5 продольных
ка
навок. Конструкция колокола типа КС
допускает пропуск через него сломанной
трубы. Ловильные работы колоколом типа КС
производятся аналогично таким же работам
колоколом типа К.
Колокола гладкие
Для
извлечения труб всех видов и размеров, а
также их соединений и других предметов,
имеющих круглое сечение, с захватом за
верхнюю часть применяют гладкий колокол
(рис. 10.11, табл. 10.6).
Гладкий колокол
представляет собой колокол с внутренней
конической поверхностью от 0°30′ до 5°, но без
ловильной резьбы. Величину конусности
выбирают в зависимости от
Рис. 10.11.
Колокол ловильный гладкий
Рис.
10.10. Колокол ловильный резьбовой
твердости поверхности
извлекаемого предмета на участке захвата
колоколом: чем тверже поверхность, тем
меньше угол конусности.
Т а б л и ц а
10.5
Размеры колоколов ловильных типа
К
Типораз мер колокола |
Резьба d |
Резьба dj |
d2, мм |
мм |
di, мм |
d5, мм |
D, мм |
D1, мм |
||
ГОСТ 5286 — 75 |
ГОСТ 7918 — 75 |
ГОСТ 633 — 80 |
ГОСТ 632 — 80 |
|||||||
К |
— |
3-50 |
60 |
— |
42 |
25 |
25 |
50 |
65 |
65 |
К 50-34 |
— |
3-50 |
60 |
— |
50 |
34 |
31 |
52 |
65 |
65 |
К 58-40 |
3-62 |
— |
89 |
— |
58 |
40 |
38 |
77 |
80 |
90 |
К 70-52 |
3-62 |
— |
89 |
— |
70 |
52 |
38 |
77 |
80 |
90 |
К 85-64 |
3-76 |
— |
102 |
— |
85 |
64 |
45 |
88 |
95 |
102 |
К 100-78 |
3-88 |
— |
В114 |
— |
100 |
78 |
56 |
107 |
108 |
122 |
К 110-91 |
3-101 |
— |
— |
127 |
110 |
91 |
68 |
114 |
118 |
132 |
К 125-103 |
3-121 |
— |
— |
146 |
125 |
103 |
88 |
132 |
146 |
148 |
К 135-113 |
3-133 |
— |
— |
168 |
135 |
113 |
105 |
154 |
155 |
170 |
К 150-128 |
3-147 |
— |
— |
194 |
150 |
128 |
117 |
180 |
178 |
194 |
К 174-143 |
3-171 |
— |
— |
219 |
174 |
143 |
140 |
206 |
203 |
220 |
П р о до лж е н и е т а б л . 10.5
Типо размер колоко ла |
d2, мм |
l, мм |
л, мм |
l2, мм |
l3, мм |
l4, мм |
l5, мм |
L, мм |
Число ниток на 25,4 |
Грузо подъ емно- сть, кН |
Масса, кг |
К 42-25 |
60,3 |
260 |
102 |
— |
6,9 |
— |
56 |
385 |
10 |
250 |
<6,5 |
К 50-34 |
60,3 |
250 |
70 |
265 |
1,7 |
— |
56 |
340 |
10 |
350 |
< 5 |
К 58-40 |
88,9 |
275 |
90 |
315 |
16,4 |
150 |
73 |
490 |
10 |
450 |
< 15 |
К 70-52 |
88,9 |
285 |
90 |
325 |
6,06 |
150 |
73 |
510 |
8 |
650 |
< 14 |
К 85-64 |
101,6 |
330 |
100 |
370 |
2,6 |
150 |
76 |
550 |
8 |
750 |
< 18 |
К |
120,65 |
340 |
110 |
380 |
6,06 |
170 |
80 |
595 |
8 |
850 |
<26,5 |
К 110-91 |
127 |
300 |
110 |
350 |
3,4 |
170 |
78 |
555 |
8 |
1000 |
<26,5 |
К 125-103 |
146 |
345 |
115 |
400 |
6,06 |
200 |
90 |
560 |
8 |
1100 |
<31 |
К 135-113 |
168,3 |
340 |
130 |
400 |
14,7 |
200 |
95 |
635 |
8 |
1250 |
<33 |
К 150-128 |
193,7 |
350 |
142 |
410 |
25,9 |
210 |
90 |
655 |
8 |
1350 |
<49 |
К 174-143 |
219,1 |
490 |
145 |
550 |
27,7 |
210 |
92 |
800 |
8 |
1500 |
<83 |
П р и м е |
Примеры |
условных обозначений. |
Колокол с |
||||||||
диаметрами d2 = 70 мм и d1 = 52 мм, |
Размеры колоколов для извлечения
бурильных колонн с захватом за трубу или
замок
Раз |
Извлекаемые |
|||||||||
меры, мм |
Замок |
Бурильные |
||||||||
ЗН-95 |
ЗН-108 |
ЗШ-146 |
ЗШ-178 |
60 |
73 |
89 |
114 |
127 |
140 |
|
d |
95 |
108 |
146 |
178 |
80 |
108 |
108 |
146 |
178 |
197 |
di |
86 |
100 |
146 |
172 |
54 |
67 |
84 |
109 |
122 |
135 |
d2 |
97 |
110 |
148 |
182 |
62 |
75 |
92 |
117 |
130 |
143 |
d3 |
102 |
116 |
154 |
188 |
56 |
82 |
100 |
125 |
138 |
149 |
d4 |
118 |
136 |
180 |
212 |
86 |
108 |
135 |
152 |
175 |
197 |
45 |
58 |
80 |
101 |
36 |
54 |
54 |
80 |
95 |
85-95 |
|
l |
470 |
430 |
340 |
430 |
430 |
340 |
340 |
340 |
340 |
340 |
l, |
130 |
130 |
150 |
175 |
120 |
160 |
130 |
150 |
156 |
156 |
L |
750 |
730 |
670 |
800 |
600 |
620 |
630 |
650 |
650 |
650 |
Ловильные работы колоколом
гладким проводятся следующим образом.
Колокол спускают в скважину на бурильных
трубах и останавливают на расстоянии 3+5 м до
верха аварийных труб. После восстановления
циркуляции промывочной жидкости колокол
доопускают и заводят в него извлекаемые
трубы, о чем говорит рост давления на
насосе, после чего нагружают извлекаемые
трубы нагрузкой 10 кН и поворачивают
бурильную колонну на 15+20 оборотов. Затем
плавно нагружают гладкий колокол с силой
300+500 кН, но не превышая нагрузок, при которых
может произойти разрыв тела колокола.
10.5. ЛОВИТЕЛЬ ДЛЯ ЛОВЛИ ТРУБ В
СКВАЖИНЕ
Ловитель состоит из корпуса
(рис. 10.12), двух плашек с левой винтовой
резьбой (нарезкой), удерживаемых от
проворачивания шпонками, приваренными к
корпусу. Над плашками расположены кольцо,
резиновая манжета, нажимная втулка и
спиральная пружина, поджимаемая
переводником. На нижнем конце корпуса
ловителя имеется резьба под направляющую
воронку. В свободном состоянии клинья
занимают положение в нижней части корпуса
ловителя, вследствие чего проход в клиньях
имеет минимальный размер. Аварийные трубы,
входя внутрь корпуса ловителя, своим торцом
упираются в коническую фаску в нижней части
клиньев, раздвигают их и 216
Рис. 10.12.
Ловитель с промывкой:
1 —
переводник; 2 — корпус; 3 — плоская
спиральная пружина; 4 — нажимная втулка; 5 —
резиновая манжета; 6 — металлическое
кольцо; 7 — плашка; 8 — шпонка
Рис. 10.13. Ловитель:
1 —
воронка; 2 — корпус; 3 — плашки; 4
переводник под инструмент
проходят
дальше. При небольшой натяжке инструмента
клинья проскальзывают по конусу корпуса и
захватывают боковую поверхность аварийной
трубы.
Ловитель можно изготовить в
условиях механической мастерской при
наличии трубонарезных станков.
На рис.
10.13 изображен ловитель для ловли НКТ:
срезанных по телу (без муфты) диаметром 89 мм.
Корпус ловителя изготавливают из стали 50.
Клинья — из стали 20 с закалкой и отпуском.
Размеры клиньев показаны на рис. 10.14. Резьба
на клиньях — шаг 3, упорная. Изготовленную
на токарном станке деталь клиньев (рис. 10.14),
прежде чем ее разрезать
для
получения двух клиньев, подвергают закалке,
а затем разрезают. В верхней части корпуса
ловителя вворачивается обсадная труба
диаметром 114 мм, длиной 3^4 м, в верхней части
которой ввернут переводник под бурильные
трубы. Обсадную трубу применяют с целью
захода в нее большей части аварийных
труб.
10.6. ЕРШ
Ерш
служит для ловли оставшегося в скважине
каротажного кабеля. На рис. 10.15 показана
самая простая конструкция ерша — на
металлический стержень наварены крючки в
шахматном порядке и в верхней части его
воронка, расположенная на 30 см выше крючков.
Воронка центрирует ерш и заставляет
вылавливаемый кабель спускаться. Воронка
препятствует прохождению ерша ниже
местонахождения вылавливаемого предмета,
что, в свою очередь, предупреждает
возникновение осложнения вследствие
захвата инструмента кабелем. Воронка
должна иметь несколько отверстий для
прохождения промывочной жидкости. Диаметр
стержня ерша должен быть не менее 35 мм, а
диаметр воронки на 50 мм меньше диаметра
скважины. Длина ерша должна б ы ть 1,5^2 м. В
процессе работы на ерш передают нагрузку
10^20 кН. Затем приподнимают инструмент,
поворачивают на 1/2^1/3 оборота и вновь
опускают. Эту операцию выполняют несколько
раз.
218
10.7. ЯСС
МЕХАНИЧЕСКИЙ
Механический ясс
предназначен для ликвидации заклиниваний
долот и элементов бурильной колонны
небольшой длины ударами вверх. На рис. 10.16
изображен ясс механический ЯМ-127, принцип
работы которого основан на использовании
потенциальной энергии растянутой
бурильной колонны после рассоединения
конусной пары. Неприхваченную часть
бурильной колонны отсоединяют от
прихваченной и извлекают на поверхность. В
скважину спускают компоновку, состоящую из
ловильного инструмента (если нижний
переводник ясса не обеспечивает
соединения) собственно ясса, УБТ длиной 25*50
м и бурильных труб. Бурильную колонну
вращают, одновременно снижая нагрузку на
нем на 30*40 кН, в результате конусная
поверхность штока заклинивается в конусной
поверхности (конусность 1°) нижнего
переводника.
Рис.
10.16. Ясс механический ЯМ-127:
1 —
переводник; 2 — упор;
3 — отверстие; 4 —
корпус; 5 —
съемный ударник; 6 — шток круглого сечения;
7 — конусная поверхность; 8 — нижний
переводник
Рис. 10.17. Ясс механический
(Румыния)
Затем колонну соединяют с
извлекаемыми трубами и продолжают
уменьшать нагрузку до выбранного
значения.
Силу удара регулируют в
широком диапазоне увеличением нагрузки при
заряде устройства в скважине. Можно
получить силу удара 100*500 кН. При этом надо
иметь в виду, что конусная пара
рассоединяется при силе, меньшей нагрузки
на 30 * 70 кН. Ясс механический Я-127 имеет
следующую техническую характеристику:
наружный диаметр — 127 мм; длина ясса — 1500*2200
мм; сила удара 100*5000 кН; масса ясса 105*145
кг.
Механические яссы
румынского про изводства
Яссы
механические румынского производства с
наружными диаметрами 95 и 108 мм
предназначены для ликвидации заклиниваний
инструмента в эксплуатационных колоннах
при производстве ремонтных работ. Ясс (рис.
10.17) состоит из шпинделя 1, корпуса 2, кольца 3,
уплотнительных прокладок
4, гайки 5 и
колец 6 и 7. На корпусе имеются два
противоположных окна, где расположены по
четыре трапецеидальных зуба на левой
стороне, если ясс с правым направлением, или
на правой, если ясс с левым направлением. На
верхней части корпуса имеется муфта с
замковой резьбой под бурильные трубы. В
нижней части шпинделя 1 имеется
резьбовая пробка. В верхней части шпинделя
установлены прокладки 4 между кольцами
6 и 7, которые поджимаются гайкой 5.
Прокладки предназначены для обеспечения
герметичности между шпинделем и корпусом в
случае промывки через бурильные
трубы.
При работе яссом последний
спускают на бурильных трубах в скважину и
соединяют с аварийными трубами. Для
получения ударов вверх проводят следующие
операции.
Колонну бурильных труб с яссом
разгружают и затем вращают налево или
направо в зависимости от направления резьб
колонны бурильных труб, постоянно сохраняя
момент кручения, необходимый для
зацепления зубьев в окнах с зубьями на
плечах шпинделя. Момент кручения влияет в
таком же направлении на интенсивность
удара. Колонну бурильных труб медленно
поднимают, сохраняя момент кручения. В это
время зубья в окнах зацепляются с зубьями
шпинделя, в результате чего происходит
увеличение усилия натяга до того значения,
при котором надо произвести удар.
Из
всех видов ловильных инструментов широко
применяют инструменты с
плашечно-клиновидными захватными
приспособлениями, при работе с которыми
необходимо правильно выбрать
растягивающие усилия для обеспечения
надежного сцепления плашек с поверхностью
тела трубы для успешного ее
отвинчивания
Условный диаметр
НКТ,
мм………………………………………………………………48
60 73 89
102 114
Оптимальная
растягивающая нагрузка на ловильный
инструмент,
кН………………………………………………………………15-20
20-30 50-60 70-80
100 100-120
При
отвинчивании аварийных НКТ с усилиями,
меньше указанных, может произойти
скольжение плашек труболовки, и процесс
отвинчивания труб окажется
безуспешным.
В случае невозможности
отвинчивания аварийных труб ловильный
инструмент освобождают резким его спуском
(стра-гиванием), в результате чего плашки
утапливаются, а затем фиксируются в
положении для исключения перемещения их
вниз по корпусу ловильного инструмента. Из
заклиненного состояния плашки выводятся
путем передачи части веса бурильной
колонны, т.е. страгивающей нагрузки
Рстр, на ловильный
инструмент.
Соотношение страгивающей
Рстр и растягивающей Рраст
нагрузок характеризует коэффициент
освобождения ловильного
инструмента:
m = р /р < 1
±±l х стр’ х р аст А
•
При ловильных работах с помощью
освобождающихся труболовок с
плашечно-клиновидными захватами
необходимо учитывать коэффициент
освобождения применяемого инструмента для
опр еделения максимального допускаемого
растягивающего усилия, передаваемого
непосредственно на ловильный
инструмент.
При этом допускаемая
растягивающая нагрузка, опр еделя-емая по
коэффициенту m, не должна пр евышать
допускаемую грузоподъемную силу
ловильного инструмента. Учитывая возможные
погр ешности при опр еделении величины и
соотношения страгивающих и растягивающих
нагрузок при ловильных работах, а также во
избежание неосвобождения ловильного
инструмента от захвата для практического
использования р екомендован m =
0,25.
Пример. Для ликвидации аварии с
НКТ диаметром 73 мм, верхняя часть которых
находится на глубине 655 м, на бу-222 рильных
трубах диаметром 73 мм с толщиной стенок 11 мм
спущена внутренняя освобождающаяся
труболовка механического действия ТВМ 73-2-108
грузоподъемной силой, равной 400
кН.
Определить максимально допускаемую
нагрузку на трубо-ловку.
Решение.
Определим вес колонны бурильных труб из
выражения
G6K = H ¦ q = 655 • 185 = 121 175
Н = 121 кН,
где H — глубина спуска
колонны бурильных труб, м; q — вес 1 м
бурильной трубы с учетом замковых
соединений, Н (табл. 10.7).
Максимально
допускаемую растягивающую нагрузку на
ловильный инструмент определяем по
формуле
-Рраст = Рстр/т
= 121/0,25 = 484 кН.
Из приведенного расчета
следует, что при максимально допускаемой
растягивающей нагрузке на ловильный
инструмент, равной 484 кН, нельзя расхаживать
аварийные трубы после их захвата ловильным
инструментом, так как труболовка имеет
грузоподъемную силу 400 кН. Поэтому следует
ограничиться приложением к ловильному
инструменту растягивающей нагрузки, равной
400 кН. При расчетах также следует учитывать
грузоподъемность вышки.
Т а б л и ц а
10.7
Характеристика бурильных
труб
Услов ный диа метр бу- риль- ных труб |
Наружные диаметры элементов |
Толщина стенок |
Пло щадь попе речного сечения тела гладкой части трубы, см2 |
Площадь |
Масса 1 м гладкой части трубы, кг |
|||
глад кой тру бы |
замков |
соеди ните льных муфт |
||||||
ЗН |
ЗШ |
|||||||
60 |
60,3 |
80 |
80 |
7 |
11,7 |
16,8 |
9,15 |
|
9 |
14,5 |
14 |
11,3 |
|||||
73 |
73 |
95 |
1 08 |
95 |
7 |
14,5 |
27,3 |
11,4 |
9 |
18,1 |
23,7 |
14,2 |
|||||
11 |
21,4 |
20,4 |
16,8 |
|||||
89 |
89 |
108—113 |
118 |
1 08 |
7 |
18 |
44,2 |
14,2 |
9 |
22,6 |
39,6 |
17,8 |
|||||
11 |
26,9 |
35,2 |
21,2 |
Услов ный диа метр бу |
Приведенная масса 1 м трубы, кг |
Растягивающая нагрузка, при |
||||||
риль |
корот |
сред |
длин |
Д |
к |
Е |
л |
м |
ных |
кой |
ней |
ной |
|||||
труб |
||||||||
60 |
10,4 |
10,5 |
10,1 |
450 |
600 |
650 |
750 |
900 |
12,5 |
12,6 |
12,2 |
550 |
700 |
800 |
950 |
1100 |
|
73 |
13,1 |
13,2 |
12,7 |
550 |
700 |
800 |
950 |
1100 |
15,8 |
15,9 |
15,4 |
700 |
900 |
1000 |
1200 |
1350 |
|
18,4 |
18,5 |
17,9 |
800 |
1 050 |
1 200 |
1 400 |
1 600 |
|
89 |
16,4 |
16,5 |
15,8 |
700 |
950 |
1 000 |
1150 |
1 |
19,9 |
20 |
19,3 |
850 |
1150 |
1250 |
1450 |
1700 |
|
23,2 |
23,3 |
22,6 |
1 |
1 350 |
1 500 |
1750 |
2000 |
Если в процессе работ к ловильному
инструменту будет приложена максимальная
растягивающая нагрузка 400 кН, то для
страгивания плашек и освобождения
инструмента от захвата потребуется к
ловильному инструменту приложить осевую
сжимающую нагрузку, равную 400 • 0,25 = 100 кН,
т.е. часть веса бурильной колонны, на
которой ловильный инструмент спущен в
скважину.
На практике при ловильных
работах с отвинчиванием труб и извлечением
по частям не всегда приходится прилагать к
ловильному инструменту большую
растягивающую нагрузку, но тем не менее до
начала ловильных работ эту нагрузку надо
определить.
При расхаживании
прихваченных бурильных или
насоснокомпрессорных труб необходимо
определить допустимое усилие натяжения.
Например, требуется определить допустимое
усилие натяжения при расхаживании
прихваченной ко-лонны бурильных труб
диаметром 89 мм с толщиной 11 мм из стали
группы прочности Д.
Допустимое
натяжение при расхаживании прихваченной
колонны труб определяют по
формуле
Одоп = От •
Р/К,
где от — предел
текучести материала труб, Па (см. табл. 10.7);
F — площадь поперечного сечения тела
гладкой части бурильной трубы, см2 (см.
табл. 10.7); К — коэффициент запаса
прочности, К =
1,15+1,3.
Тогда
Одоп = 380 • 0,00269/1,25 =
818 кН.
БУРЕНИЕ НАКЛОННО НАПРАВЛЕННЫХ И
ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН
10.1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ
НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН
За последние 20 лет доля крупных
месторождений, среди вновь открываемых,
снизилась с 15 до 10 %. При этом ухудшаются
коллекторские свойства продуктивных
отложений и качественный состав насыщающих
их флюидов. Высокая выработанность запасов
углеводородов обусловливает обводненность
продукции и снижение дебитов скважин. Из-за
несовершенства техники и технологии
разработки нефтеотдача нефтегазовых
пластов не превышает 30 — 40 %. Более полное
извлечение углеводородов из пластов
является важной народнохозяйственной
задачей.
Вскрытие продуктивной толщи
направленными, в том числе горизонтальными
и разветвленно-горизонтальными скважинами,
позволяет следующее:
повысить
продуктивность скважины за счет увеличения
площади фильтрации;
продлить период
безводной эксплуатации скважин; увеличить
степень извлечения углеводородов на
месторождениях, находящихся на поздней
стадии разработки; повысить эффективность
закачки агентов в пласты; вовлечь в
разработку пласты с низкими коллекторскими
свойствами и с высоковязкой
нефтью;
освоить труднодоступные
нефтегазовые месторождения, в том числе
морские;
улучшить технологию подземных
хранилищ газа.
Н а п р а в л е н н о й будем
называть такую скважину, которую пробурили
вдоль запроектированной пространственной
трассы и попали в заданную цель, а ее забой и
фильтровая зона не только располагаются в
заданной области горных пород, но и
ориентированы в соответствии с проектом
относительно простирания пласта.
Кроме
совершенствования технологии разработки
нефтяных и газовых месторождений
направленные скважины эффективны во многих
других случаях:
при бурении в обход
осложненных зон горных пород; при бурении
под недоступные или занятые различными
объектами участки земной поверхности; при
глушении открытых фонтанов; при вскрытии
крутопадающих пластов и т.д.
Частными
случаями направленной скважины являются в
е р ти к а ль н ая и г о р и з о н т а л ь н а
я.
Г о ризонтальна я скважина — это такая
скважина, которая имеет достаточно
протяженную фильтровую зону, соизмеримую
по длине с вертикальной частью ствола,
пробуренную преимущественно вдоль
напластования между кровлей и подошвой
нефтяной или газовой залежи в определенном
азимутальном направлении. Основное
преимущество горизонтальных скважин по
сравнению с вертикальными состоит в
увеличении дебита в 2—10 раз за счет
расширения области дренирования и
увеличения фильтрационной поверхности
(табл. 10.1).
Та б ли ц а
10.1
Эксплуатационные характеристики
некоторых горизонтальных скважин по
сравнению с вертикальными
Площадь (страна) |
Глубина продуктивного пласта, |
Длина горизонтального |
Дебит горизонта льной скважины, т/сут |
Дебит вертикальной |
Кратность увеличения дебита |
Прадхо Бей (США) |
2700 |
476 |
1670 |
400 |
4 |
Вирджиния (США) |
1020 |
600 |
3400 |
2100 |
1,6 |
Колд Лейк (Канада) |
480 |
1016 |
4000 |
500 |
8 |
РоспоМаре (Италия) |
1380 |
470 |
500-1900 |
90-270 |
6-23 |
Яблоновс-кая (РФ) |
540 |
150 |
40 |
23 |
1,7 |
Карташевс-кая |
475 |
51-328 |
120 |
6-8 |
15-20 |
Тереклинс-кая (РФ) |
1300 |
100 |
64 |
32 |
3-6 |
Южно Карская (РФ) |
260 |
1 00 |
70-140 |
4-35 |
2-35 |
Первоочередными объектами
использования направленных скважин
являются:
морские месторождения
углеводородов;
месторождения на
территории с ограниченной возможностью
ведения буровых работ;
залежи
высоковязких нефтей при естественном
режиме фильтрации;
низкопроницаемые,
неоднородные пласты-коллекторы малой
мощности;
карбонатные коллекторы с
вертикальной
трещиноватостью;
переслаивающиеся
залежи нефти и газа;
залежи на поздней
стадии разработки.
Основной недостаток
направленных скважин — их сравнительно
высокая стоимость. В начале 80-х годов
стоимость горизонтальной скважины
превышала стоимость вертикальной скважины
в 6 — 8 раз. В конце 80-х годов это соотношение
понизилось до 2 — 3. По мере накопления опыта
бурения в конкретном районе стоимость
направленных скважин уменьшается и может
приблизиться к стоимости вертикальных
скважин. С позиций добычи нефти и газа
экономически целесообразно, если
извлекаемые запасы из направленной
скважины во столько раз больше, во сколько
раз дороже направленная скважина по
сравнению с вертикальной. Причем это
количество нефти должно быть добыто в более
короткие сроки.
Направленное бурение
скважин имеет свою историю. В 1930 г. на
Хантингтонском пляже в Калифорнии буровой
подрядчик предложил разбуривать нефтяное
месторождение в океане буровой установкой,
смонтированной на длинном, выступающем в
океан пирсе. В то время это была обычная
практика. Однако по той или иной причине
местные официальные лица запретили такой
метод разбуривания. Тогда неугомонный
буровой подрядчик смонтировал буровую
установку на берегу в отдалении от пляжа и
пробурил наклонную скважину под морское
дно.
Этот бурильщик не изобрел наклонное
бурение. Скважины отклоняли с 1895 г. для
таких целей, как забуривание ствола в
сторону в обход оборванного бурового
инструмента. Больше того, вертикальные
скважины оказывались самопроизвольно
искривленными. В Оклахоме в 1920-е годы
отмечали большую разницу в глубинах
скважин, пробуренных на один и тот же
пласт-коллектор. Исследования
инклинометром показали, что лишь некоторые
из пробуренных скважин
вер-552
тикальные; в большинстве же
случаев проекция забоя оказывалась
достаточно удаленной от точки заложения
скважины (от устья). Однако скважина на
Хантингтонском пляже была первым
зарегистрированным применением
управляемого направленного бурения: в
результате отклонения вдоль
запланированного курса к подземной цели
забой ствола оказался расположенным на
заданном расстоянии по горизонтали от
устья скважины.
К сожалению, этот опыт
управляемого направленного бурения был
немедленно оценен как возможность
совершать запрещенные действия.
Действительно, несмотря на все более
широкое и законное использование
хантингтонского опыта и в других местах,
термин направленное бурение означал, что
кто-то кого-то обманул. В Восточном Техасе
досаждали нефтяные дельцы, бурившие
направленные скважины под запретные зоны.
Однако Восточный Техас был также регионом,
где впервые использовали управляемое
направленное бурение для других важных
целей. Так, в 1934 г. для глушения открытого
выброса из скважины вблизи каньона Дикого
потока была пробурена разгрузочная
направленная скважина, забой которой
подвели близко к забою фонтанирующей
скважины. Посредством нагнетания бурового
раствора в направленную скважину под
высоким давлением были созданы каналы
между нею и фонтанирующей скважиной, по
которым фонтанирующую скважину заполнили
буровым раствором и заглушили фонтан.
В
течение десятилетий управляемое
направленное бурение доказало свою
полезность во многих аспектах
использования. Оно позволило эффективно
эксплуатировать месторождения нефти и
газа, а крупномасштабное морское бурение
сделать экономически
выгодным.
Направленное бурение
становится специальностью. За рубежом, как
правило, менеджер нефтяной компании
нанимает сервисную компанию по
направленному бурению, чтобы она составила
проект направленной скважины, определила
необходимые управляющие инструменты и
оказывала помощь на месте.
Как только
владелец скважины одобряет проект,
представитель сервисной компании
становится членом буровой бригады.
Непосредственно на месте сооружения
скважины его основная работа — помогать
бурильщику держать действительный ствол
скважины как можно ближе к ее
запланированному курсу. Эта работа
заключается в следующем.
1. Руководство
конкретными действиями по управлению
проводкой скважины по одиночным измерениям
искривления и направления ствола на
выбранных глубинах.
2. Расчеты
и вычерчивание курса скважины на основании
данных измерений.
3. Помощь бурильщику в
выборе инструмента для отклонения, чтобы
управлять курсом скважины.
4. Помощь
бурильщику ориентировать отклоняющие
инструменты, чтобы внести необходимые
изменения в курс скважины.
5.
Определение забойной компоновки,
необходимой для обеспечения нужного
направления скважины.
6. Участие в
рассмотрении специальных проблем бурения
направленных скважин.
10.2.
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
НАПРАВЛЕННЫХ
СКВАЖИН
Направленное бурение
используется широко и разнообразно. Проект
на каждую скважину составляют
применительно к конкретной ситуации.
Расположение глубинной цели (например,
коллектора), поверхностный ландшафт,
экологические условия, геологические и
технические препятствия, характеристика
проходимых пород, потенциальные
возможности оборудования — все это играет
роль в создании проекта на сооружение
направленной скважины.
Направленная
скважина представляет собой сложное
подземное сооружение, включающее
вертикальную или наклонную выработку в
глубь земной коры, переходящую в горную
выработку любой направленности в
продуктивной зоне горных пород, крепь в
виде обсадных колонн и цементных оболочек,
фильтр в зоне разрабатываемого нефтяного
или газового пласта.
Сконструировать
направленную скважину — значит выбрать
элементы ее конструкции такими, чтобы
достичь глубинной цели и при этом
обеспечить безаварийную проходку ствола,
его крепление обсадными колоннами и
тампонажным материалом, надежную
гидродинамическую связь с продуктивным
горизонтом, длительную безаварийную
эксплуатацию.
Проект на сооружение
направленной скважины включает все разделы
стандартного проекта: геологическое и
техникотехнологическое обоснование
координат места заложения и глубинной цели,
конструкцию скважины и фильтра,
поверхностное оборудование и бурильный
инструмент, режимы бурения различных
интервалов, технологию вскрытия
продуктивных горизонтов и заканчивания
скважины. Поэтому обсудим лишь особенности
проектирования направленных
скважин.
10.2.1. ВЫБОР КОНФИГУРАЦИИ
(ТРАССЫ)
НАПРАВЛЕННОЙ
СКВАЖИНЫ
Конфигурация ствола
скважины обусловливается многими
причинами, главные из которых следующие:
одиночная скважина или куст скважин
сооружается в данном месте;
наличие
препятствий для заложения устья над забоем
скважины;
расположение фильтра
(вертикально, наклонно или
горизонтально).
Конфигурация ствола
скважины должна обеспечить: высокое
качество скважины как эксплуатационного
объекта;
минимальные нагрузки на
буровое оборудование при спускоподъемных
операциях;
свободное прохождение по
стволу скважины приборов и
устройств;
надежную работу
внутрискважинного оборудования;
возможность применения методов
одновременной эксплуатации нескольких
горизонтов в многопластовых залежах;
минимальные затраты на сооружение
скважины.
При кустовом бурении профиль
направленных скважин должен обеспечить
заданную сетку разработки месторождения и
экономически рациональное число скважин в
кусте.
Проектирование конфигурации
направленной скважины заключается в выборе
типа и вида профиля, в определении
необходимых параметров:
глубины и
отклонения ствола скважины от вертикали;
длины вертикального участка;
значений
предельных радиусов кривизны и зенитных
углов ствола скважины в интервале
установки и работы внутрискважинного
оборудования, и на проектной
глубине.
Конфигурация направленной
скважины выбирается с
учетом:
назначения
скважины;
геологических и
технологических особенностей проводки
ствола;
установленных ограничений на
зенитный угол ствола скважины в интервале
установки и работы внутрискважинного
оборудования, связанными с его
конструктивными особенностями и условиями
работы;
установленных ограничений на
угол наклона ствола скважины на проектной
глубине.
Профили направленных скважин,
как правило, подразделяют на три основных
типа (рис. 10.1):
1 —
тангенциальные скважины;
2
— S-образные скважины;
3
— J-образные скважины.
Тип 1
скважин отклоняют вблизи поверхности до
величины угла, соответствующего
техническим условиям, затем продолжают
проходку до проектной глубины, сохраняя
неизменным угол наклона. Такой тип
применяют часто для скважин умеренной
глубины в простых геологических условиях,
когда не используются промежуточные
колонны. В более глубокой скважине, когда
требуется большое смещение, промежуточная
обсадная колонна может быть установлена
внутри интервала искривления или за ним, а
необсаженный ствол бурят под неизменным
углом наклона до проектной глубины.
Тангенциальный профиль обеспечивает
максимальное отклонение ствола скважины от
вертикали при минимальном зенитном угле,
поэтому его предпочитают применять в
случае кустового бурения.
Тип 2
скважин предусматривает после бурения
вертикального участка ствола отклонение
забоя до некоторого зенитного угла, по
достижении которого скважину бурят при
постоянном угле наклона, а затем отклонение
уменьшают до полного восстановления
вертикального положения ствола.
Промежуточная колонна может быть
установлена в интервале второго
отклонения, после чего скважину добуривают
вертикальным стволом; S-образный профиль
используют там, где наличие газовых зон,
соленой воды и другие геологические
факторы требуют использования
промежуточных обсадных колонн. Этот тип
иногда используют для бурения направленной
скважины с целью глушения другой,
фонтанирующей, скважины. Он также
рационален, когда необходимо развести
забои скважин при бурении их с одной
платформы (например, при бурении в открытом
море).
Тип 3 скважин предполагает
отклонение забоя от вертикали на
значительно больших глубинах, чем типы 1
и 2. Угол наклона ствола постоянно растет,
пока не достигнута проектная глубина или
продуктивный пласт. Как правило, этот
556
Рис.
10.1. Основные типы (1—3) вертикальных
проекций наклонно направленных
скважин
Рис.
10.2. Направленные скважины при бурении на
море и для глушения открытых неуправляемых
фонтанов
тип скважин используют для
бурения на пласты, расположенные под
солевыми куполами, для кустового бурения, а
также вскрытия глубоко залегающих
объектов. К типу 3 скважин можно отнести
также горизонтальные скважины.
Приведем
несколько примеров применения различных
типов направленных
скважин.
Направленное бурение делает
возможным добычу нефти из пластов,
расположенных под морским дном на большом
удалении от берега. Для эффективной
разработки большинства морских нефтяных и
газовых месторождений необходимо
пробурить много скважин. Однако стоимость
эксплуатационных платформ в открытом море
намного больше стоимости добытой нефти или
газа из одиночной скважины. Метод
направленного бурения позволяет бурить
много скважин с одной платформы в разные
точки коллектора, располагая забои скважин
по оптимальной сетке (рис. 10.2, скв. Л). Для
этого случая наиболее предпочтителен 2-й
тип скважин.
Рис.
10.3. Варианты направленного бурения в об ход
препятствий и под соляной
купол
Многие месторождения под дном
открытого моря достаточно близки к берегу и
могут быть достигнуты с суши направленными
скважинами (см. рис. 10.2, скв. В). Однако в этом
случае применим не только второй, но и
первый тип скважин.
Начиная с 1934 г.
использование направленных скважин для
глушения открытого выброса стало обычным
(см. рис.
10.2, скв. С). Специальная
разгрузочная скважина выполняет свою
функцию даже тогда, когда ее забой
находится на некотором расстоянии от
ствола фонтанирующей скважины; эта
технология допускает расстояние между
забоями до 3,5 м.
Большое количество
направленных скважин пробурено на пласты,
недосягаемые вертикальными скважинами с
поверхности из-за таких препятствий, как
холмы, озера, крупные строения (рис. 10.3, скв.
Л). Другие скважины пробурены в обход
геологических препятствий. Так, скв. В
была пробуре-
Рис.
10.4. Направленные и многозабойные скважины,
в том числе с исправленными
траекториями
на в солевом куполе,
зацементирована и перенаправлена в
нефтеносный пласт под куполом.
Бурение
стволов скважин через соль осложнено их
размывом, ухудшением свойств бурового
раствора, потерей циркуляции. Эти
осложнения настолько тяжелые, что часто
приходится бурить в обход соляного купола
(см. рис. 10.3, скв. С), чтобы избежать
осложнений как внутри солевых отложений,
так и над ними. Заметим, что скв. А пробурена
по 1-му типу, а скв. В и С — по 3-му типу
скважин.
Бурение через разлом лучше
осуществлять под прямым углом к плоскости
сдвига (скв. D), однако возникает опасность
осложнений при прохождении разлома,
которые можно исключить проходкой скважины
под ним (скв. Е).
Другие случаи (рис. 10.4)
включают эксплуатацию многопластовой
залежи одиночной скважиной (А), выпрямление
самопроизвольно отклонившейся скважины (В),
обход прихваченного в скважине инструмента
(С). Скважина, пробуренная в газовую шапку
нефтяной залежи, может быть частично
затампонирована (D) и отклонена в
нефтеносную зону для того, чтобы сохранить
выталкивающую энергию газа. Суммарная
продуктивность может быть максимизирована
посредством бурения горизонтального
дренажного ствола (Е), чтобы
эксплуатировать залежь равномерно. Также
можно вовлечь большую площадь в
эксплуатацию одиночной скважиной
(F).
10.2.2. ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКЦИЙ СТВОЛА
НАПРАВЛЕННОЙ СКВАЖИНЫ
Приняв во
внимание информацию о типе скважины, ее
назначении, глубине вертикальной части
ствола, горизонтальном расстоянии до цели,
специалист по направленному бурению
использует компьютер для построения
горизонтальных и вертикальных проекций,
демонстрируя, как можно пробурить скважину
с наименьшими затратами при соблюдении
правил безопасности и сохранении
окружающей среды. Среди других факторов,
которые учитываются при окончательном
выборе конфигурации скважины, основными
являются:
1) состав проходимых
пород;
2) подъемные, вращательные и
гидравлические мощности буровой
установки;
3) тип бурового
раствора и конструкция скважины;
4)
размеры ствола;
5)
потенциальные возможности
оборудования.
На рис. 10.5 показан план
ствола скважины по 1-му типу. На плане
изображены две проекции ствола:
вертикальная и горизонтальная.
Вертикальная проекция вычерчивается на
плоскости, проходящей через устье и точку,
обозначающую глубинную цель. Отклонение
забоя — это горизонтальное расстояние от
ротора до глубинной цели. Оно вычерчивается
в масштабе глубины. На рис. 10.5 отклонение
составляет 900 м, а истинная вертикальная
глубина (TVD) — 3000 м; измеренная глубина (MD) —
длина ствола скважины — 3100 м. Значение MD
всегда больше значения TVD, причем разница
между ними зависит от угла наклона,
скорости набора кривизны и выполаживания,
незапланированных отклонений.
Вид в
плане показывает расположение проекции
скважи-
Рис.
10.5. Плановые проекции наклонно
направленной скважины:
а —
вертикальная; б — горизонтальная
ны
на горизонтальной плоскости с истинным
направлением севера (географического)
вверх листа. В прямоугольной системе
координат горизонтальное направление
ствола скважины указывают числом градусов
на восток или запад по отношению к северу
или к югу. Рассматриваемая скважина имеет
ствол, направленный в юго-восточном
направлении под углом 20°45′. Это
обозначается следующим образом: S20°45’E.
Направление скважины можно также
обозначить азимутом — числом градусов по
часовой стрелке от севера (север — 0, юг—180,
восток — 90, запад — 270). Азимут скважины 159°
15′. На горизонтальном плане также
показывают в масштабе величину отклонения,
при этом горизонтальный масштаб может
отличаться от вертикального (в данном
случае горизонтальный масштаб больше
вертикального в 2 раза).
Скважина,
изображенная на рис. 10.5, бурится
вертикально до глубины 600 м, после чего ее
забой отклоняют до конечного угла 20°45′ на
юго-восток (точка начала отклонения
обозначается аббревиатурой КОР — kickoff point).
Этот угол отклонения набирают на длине 300 м
в интервале 600 — 900 м и достигают его
конечной величины 22°30′ на глубине 900 м.
Среднюю скорость набора кривизны можно
определить по формуле
10 (конечный угол —
начальный угол)/(конечная MD — начальная
MD).
Для данной скважины 10(22,5 — 0,0)/(900 — 600) =
0,8°/10 м.
Дуга окружности, по сравнению с
другими формами профиля, позволяет достичь
минимального сопротивления участка
скважины движению труб при одинаковом
изменении ее зенитного угла на данном
участке. Поэтому целесообразно все
искривленные участки профиля направленной
скважины проектировать в виде дуги
окружности. При этом длину каждого участка
профиля, а также вертикальную и
горизонтальную проекции, можно подсчитать
по формулам, приведенным в табл.
10.2.
Направленные скважины, которые бурят
по 2-му типу профиля, имеют следующие
технологические недостатки:
требуется
увеличенный интервал бурения с
отклонителем, что ухудшает
технико-экономические
показатели;
интервал уменьшения
зенитного угла реализуется за счет
фрезерования стенки скважины боковой
поверхностью долота, что сокращает ресурс
его работы;
Вид участка профиля |
Проекция участка |
Длина |
|
горизонтальная |
вертикальная |
||
Вертикальный Начального искривления Увеличения зенитного угла Уменьшения зенитного угла Тангенциальный длиной L Примечание. Обоз но в конце участка начау |
0 R(1 — cosZ) начения: Z, Zv Z |
Н, RsinZ RfsinZ^sinZJ R^inZ^sinZJ LcosZL — |
Н, ZR/57,296 (Z2-Z1)R/57,296 (Z1-Z2)R/57,296 L ы |
при подъеме
бурильной колонны из скважины возникают
большие нагрузки на талевую
систему;
значительные суммарные углы
охвата и изменение знака кривизны профиля
приводят к появлению прижимающих усилий,
способствующих желобообразованию и
изнашиванию обсадных колонн.
Расчеты
показывают, что нагрузка при подъеме
колонны бурильных труб из скважины в случае
бурения по 2-му типу скважин на 35 % выше, чем
при бурении по 3-му типу, и на 20 % выше, чем при
бурении по 1-му типу скважин.
Применение
1-го и 3-го типа направленных скважин вместо
2-го позволяет на практике:
уменьшить
суммарный угол охвата и связанные с ним
нагрузки на буровое
оборудование;
минимизировать длину
участка начального искривления;
осуществить проходку скважин с большими
отклонениями от вертикали;
наиболее
полно использовать вес бурильной колонны
для создания осевой нагрузки на
долото.
К сожалению, 1-й и 3-й типы
направленных скважин требуют более сложной
технологии для проходки ствола по
сравнению со скважинами 2-го типа.
10.2.3.
ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ
КОНСТРУКЦИИ
НАПРАВЛЕННОЙ
СКВАЖИНЫ
Геометрические размеры
обсадных колонн, глубины их спуска, наличие
цементной оболочки за ними определяют так
же, как и для вертикальных скважин, исходя
из геологической и промысловой
характеристик конкретной площади. Однако
выбор элементов конструкции направленной
скважины должен включать дополнительно: а)
выбор рациональной глубины вертикального
участка ствола; б) выбор допустимой
величины выхода ствола направленной
скважин из-под башмака предыдущей обсадной
колонны; конструкцию фильтра (для
горизонтальных скважин).
При сооружении
направленных скважин с большим отклонением
забоя от вертикали при глубине залегания
продуктивного горизонта, соизмеримой с
величиной отклонения, проектировщик
сталкивается с необходимостью
удовлетворения противоречивых требований.
Для обеспечения эффективной нагрузки на
долото глубина вертикальной части ствола
скважины должна быть по возможности больше,
но при этом зенитный угол достигает больших
значений. В то же время, чтобы сократить
число рейсов с применением отклонителя и
обеспечить проектное отклонение,
необходимо начинать искривление ствола как
можно ближе к устью. Но тогда возникает
необходимость спуска кондуктора в ствол,
искривленный до 70°. В связи с этим
приходится решать вопрос о технической
оптимизации глубины вертикального участка
ствола скважины.
Как правило, под
кондуктор бурят вертикальный ствол, если
коэффициент отклонения, равный отношению
горизонтального смещения забоя к длине
вертикального участка скважины, не более 0,7.
Выбор глубины спуска первой технической
колонны необходимо увязывать не только с
геологическими условиями разреза и
степенью осложненности условий бурения, но
и с конфигурацией направленной скважины,
определяющей возможность спуска обсадной
колонны на заданную глубину в необсаженном
наклонном стволе с учетом действующих на
нее сил сопротивления.
10.2.4.
ОСОБЕННОСТИ
ПРОФИЛЕЙ
ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ
СКВАЖИН
Профиль горизонтальной
скважины состоит из двух сопряженных между
собой частей: направляющего и
горизонтального участков ствола. Под
направляющим участком ствола будем
понимать его участок от устья до точки с
заданными координатами на кровле и
непосредственно в самом продуктивном
пласте. Назначение направляющей части
горизонтальной скважины заключается в
выведении скважины под определенным углом
в точку продуктивного пласта с заданными
координатами.
При расчете профиля этой
части горизонтальной скважины кроме
проектной глубины и отклонения забоя от
вертикали необходимо задавать величину
зенитного угла на проектной глубине.
Методика расчета направляющей части
профиля горизонтальной скважины основана
на решении системы уравнений проекций
участков профиля на вертикальную и
горизонтальную плоскости. Вертикальную и
горизонтальную проекции, а также длину
каждого участка профиля можно определить,
используя приведенные выше формулы.
По
радиусу кривизны ствола различают три типа
профиля горизонтальной скважины: с большим,
средним, коротким и ультракоротким
радиусом.
Горизонтальные скважины с
большим радиусом кривизны (> 190 м) могут
быть сооружены при кустовом бурении на суше
и море, а также при бурении одиночных
скважин со значительной протяженностью
горизонтального участка (600-1500 м). Для таких
скважин используются стандартная техника и
технология направленного бурения,
позволяющая создать м а к с и м а ль ну ю и нт
е н с и в н о с т ь и с к р и вл е н ия (0,7+2°/10 м
проходки).
Горизонтальные скважины со
средним радиусом кривизны (60-190 м)
применяются при бурении как одиночных
скважин, так и для восстановления
эксплуатационной характеристики
действующих скважин. Максимальная
интенсивность искривления таких скважин
3-10°/10 м при длине горизонтального участка
450-900 м. Горизонтальные скважины со средним
радиусом кривизны позволяют точнее
попадать в глубинную цель, что особенно
важно для вскрытия нефтяных и газовых
пластов малой мощности.
Горизонтальные
скважины с малым радиусом искривления (10-60
м) обеспечивают наибольшую точность
попадания в глубинную цель. Интенсивность
искривления составляют 1025°/10 м проходки при
длине горизонтального участка 90250 м.
С
уменьшением радиуса кривизны ухудшаются
условия работы бурильных труб,
затрудняется прохождение в ствол забойных
двигателей, геофизических приборов,
обсадных труб. Поэтому даже при бурении
скважин со средним радиусом кривизны в
компоновку низа бурильной колонны включают
специальные трубы и укороченный двигатель.
Проводка скважин с коротким и
ультракоротким (< 10 м) радиусом кривизны
невозможна без специальных труб и
инструмента.
Большое разнообразие
геолого-технических условий эксплуатации
нефтяных и газовых месторождений,
различное состояние их разработки требуют
индивидуального подхода к проектированию
горизонтальных скважин даже в пределах
одного месторождения. Проектирование
горизонтальной скважины целесообразно
начинать с определения протяженности,
формы и направления горизонтального
участка ствола. Эти характеристики
скважины зависят от степени неоднородности
продуктивного пласта, его мощности и
литологии, прочности пород и устойчивости
разреза. В продуктивных пластах небольшой
мощности (5—15 м) при глубине их залегания до
2000 м рекомендуется вписывать
горизонтальный участок ствола в среднюю
часть пласта по траектории, параллельной
кровле и подошве. Низкопроницаемые пласты
значительной мощности с преимущественно
вертикальной трещиноватостью
целесообразно разбуривать параллельным
горизонтальным стволом. Если продуктивный
пласт имеет небольшую мощность и
неоднородную структуру, когда продуктивные
зоны чередуются с непродуктивными
прослойками, причем сведения о таком
«слоеном» пироге не достаточно точные,
то такие пласты рекомендуется вскрывать
волнообразным стволом.
В условиях
слоисто-неоднородных пластов небольшой
толщины, расчлененных непроницаемыми
прослойками, рекомендуется продуктивную
часть разреза пересекать пологонаклонным
стволом от ее кровли до подошвы. В этом
случае гарантируется вскрытие всех
продуктивных пластов и
пропластков.
Скважины с горизонтальным
участком протяженностью более 500 м
планируют с большим радиусом кривизны,
чтобы минимизировать силы сопротивления
бурильной колонне и обеспечить достаточную
нагрузку на долото.
Скважины с коротким
и ультракоротким радиусами кривизны
используются для проектирования профиля
дополнительного ствола, бурение которого
производится через окно, вырезанное в
обсадной колонне, а также для вскрытия
горизонтальным стволом пластов малой
мощности.
10.2.5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ТРАЕКТОРИИ
НАПРАВЛЕННЫХ
СКВАЖИН
Профиль направленной
скважины должен удовлетворять скоростному
и качественному сооружению скважины при
обязательном достижении поставленной
цели.
При этом следует иметь в виду
применение трех основных типов профилей,
описанных выше;
1)
тангенциальный, состоящий из трех
участков — вертикального, набора зенитного
угла и наклонного прямолинейного;
2)
S-образный, состоящий из пяти участков —
вертикального, набора зенитного угла,
наклонного прямолинейного, уменьшения
зенитного угла и вертикального;
3)
J-образный, состоящий из двух участков —
вертикального и набора зенитного
угла.
Любые другие профили скважин
являются либо промежуточными, либо
комбинацией упомянутых выше трех
типов.
Расчет профиля указанных типов
сводится к определению зенитного угла
ствола скважины, длин вертикальных и
горизонтальных проекций профиля, радиуса
кривизны участков набора и уменьшения
зенитного угла.
При проектировании
любого профиля направленной скважины
необходимо располагать следующими
исходными данными:
глубина проектного
забоя;
отклонение проектного забоя от
вертикали, проходящей через устье
скважины;
азимут цели по отношению к
устью;
конструкция скважины с
поинтервальным указанием диаметров ствола
и глубин спуска обсадных колонн.
Первый
(вертикальный) интервал для 1-го и 2-го типов
профилей должен быть по возможности
коротким, что позволяет свести к минимуму
затраты времени на ориентированный спуск
бурильной колонны; для 3-го типа профиля
длина вертикального участка должна быть
максимальной, что позволяет минимизировать
длину второго участка и тем самым сократить
время работы в скважине с отклоняющими
устройствами.
Наиболее целесообразно
начинать искривление скважины (КОР) и
закончить его в устойчивых сравнительно
твердых породах, причем траектория набора и
уменьшения кривизны должна
соответствовать окружности определенного
радиуса. Это позволит свести к минимуму
опасность образования желобов и силы
трения при спускоподъемных
операциях.
Интервалы набора и
уменьшения кривизны ствола скважины должны
быть по возможности минимальными, чтобы
обеспечить минимальные затраты времени на
их проходку. С этих позиций радиус
искривления ствола должен быть
как
Рис. 10.6. Вертикальная проекция
направленной скважины тангенциального
(1-го) типа
можно меньше. Однако его
величина часто ограничена снизу следующими
требованиями:
R( R
— A) + H
A 2 — 2AR
при спуске и подъеме бурильного
инструмента в нем не должны возникать
запредельные напряжения;
обсадные
колонны должны быть спущены в скважину и
зацементированы без осложнений;
должны
быть обеспечены спуск и нормальная работа
как в открытом стволе, так и в обсадной
колонне глубинных приборов и погружного
оборудования.
Расчет элементов
траектории
направленных
скважин.
Для профиля 1-го типа (рис. 10.6) необходимое
значение максимального зенитного угла на
ходят по формуле
VH^
cosa
=
(R — A)2 + H2
где R
— радиус искривления 2-го участка ствола, м; Л
— величина смещения забоя от вертикали, м;
Н — интервал глубин по вертикали 2-го и
3-го участков ствола скважины, м.
Длину
2-го и 3-го участков, их вертикальных и
горизонтальных проекций определяют по
формулам, приведенным в табл. 10.3.
При
расчете профиля 2-го типа (рис. 10.7) вначале
устанавливают длину пятого вертикального
участка. Если проектируется нефтяная или
газовая скважина на много пластовую залежь,
то длина этого участка ствола должна быть
не менее
Участок (см. рис. 10.6) |
Длина, м |
Проекция, м |
|
горизонталь ная |
вертикальная |
||
Вертикальный Набора зенитного угла Длина ствола |
А = H 12 = 0,0174Ra 13 = H’/cosa L = l1+l2+l3 |
a = R(1 — cosa) A’ = H’tga A = a+A’ |
Нв h = Rsina H = H0 — — (Нв + h) H^H^h+H’ |
общей мощности залежи плюс 5 — 10 %
от нее. Указанная величина превышения длины
5-го участка над мощностью залежи
обусловлена часто возникающей
необходимостью корректировки положения
забоя в пространстве в конце четвертого
участка ствола.
Необходимый зенитный
угол 3-го участка ствола определяют из
следующей формулы:
(H2)2 — A(2R0 — A)
R0
H(R0 — A),
&H2 —
(R0)2(- A(2R0 — A)
где R0 =
R1 + R2;
H = H0 —
HB —
Н3.
Длину участков профилей, их
горизонтальных и вертикальных проекций
определяют при помощи формул, приведенных в
табл. 10.4.
При расчете профиля 3-го типа
(рис. 10.8), когда известна глубина скважины,
длина 1-го вертикального участка и
отклонение забоя от вертикали, определяют
величину радиуса
Та б ли ц а 10.4
Участок профиля |
Длина, м |
Проекция, м |
|
горизонталь ная |
вертикаль ная |
||
Вертикальный Набора зенитного угла Уменьшения зенитного Нижний вертикальный Длина |
А = H 12 13 l4 = 0,01745R2a 4 = H3 L l1+l2+l3 + + l4 |
a1 = R1(1 — a3 = |
Нв h = R1 sina H3 H0 = HB + h + + H1+H2+H3 |
Рис.
10.7. Вертикальная проекция Рис. 10.8.
Вертикальный профиль направленной
скважины S-образ- направленной скважины
J-образного ного (2-го) типа (3-го)
типа
искривления 2-го участка. Кроме
того, может быть задан угол с продуктивным
пластом (угол между осью ствола скважины и
плоскостью напластования). Тогда зенитный
угол в месте входа в пласт определяется по
формуле
а = 90 — у — в,
где у — угол
встречи скважины с пластом; в — угол
падения пласта.
Кроме того,
cosa = 1 —
A/R.
необходимости скорректировать,
изменяя угол входа скважины в пласт.
Для
расчета длин вертикальных и горизонтальных
проекций ствола скважины используют
формулы, приведенные в табл.
10.5.
Определение радиуса искривления
при наборе кривизны скважины. Как
указывалось выше, радиус искривления
направленной скважины должен быть по
возможности минимальным, чтобы сократить
до предела интервал, в котором необходимо
работать с отклоняющим инструментом и
навигационными приборами. Однако при этом
должны быть соблюдены следующие основные
ограничения.
1. Интенсивность
искривления в обычном случае не должна
превышать 1,5°/10 м проходки.
2. В любом
интервале бурения должна обеспечиваться
достаточная осевая нагрузка на долото.
3.
Должно быть исключено образование желобов
в искривленных интервалах ствола скважины.
Это условие может быть количественно
оценено величиной давления замков на
стенки ствола скважины:
R
> 12P/Q,
где Р — осевое усилие,
действующее на бурильные трубы; Q —
допустимое нормальное усилие со стороны
бурильного замка на стенку скважины; 12 —
средняя длина половины бурильной
свечи.
Для разрезов, сложенных мягкими
породами, значение Q можно принимать
равным 10 кН, для разрезов, сложенных
породами средней твердости — 20-30 кН, для
пород твердых и крепких — 40-50 кН.
4.
Бурильная колонна при любых работах в
скважине не должна испытывать напряжения,
превышающие предел текучести материала
бурильных труб:
R
> dE/2oT,
Та б ли ц а 10.5
Участок профиля |
Длина, м |
Проекция, м |
|
горизонталь ная |
вертикальная |
||
Вертикальный |
А = H |
— |
Нв |
Набора зенитного угла |
l2 = 0,0174Ra |
Л = R(1 -cosa) |
h = R sina |
Длина ствола |
h = l+ |
A |
H0 = H,+h |
где d — наружный диаметр
бурильных труб; Е — модуль Юнга;
от — предел текучести материала
труб.
5. При спуске забойного двигателя
через искривленные участки ствола скважины
напряжения, возникающие в корпусе
забойного двигателя, не должны превышать
предела текучести его материала:
R
> 0,25L2 [0,74(D — dt) —
K],
где Lj, d— соответственно длина и
наружный диаметр забойного двигателя; D
— диаметр долота; К — зазор, выбираемый
на основании геологических условий (K = 0 для
твердых пород, K = 0,003+0,006 м для мягких и
средних).
При спуске обсадных колонн
трубы не должны испытывать напряжения,
превышающие предел текучести их материала.
Это требование обеспечивается при
условии:
R
> ?^к/2от,
где Ек,
от — соответственно модуль Юнга и
предел текучести материала обсадных труб;
dK —наружный диаметр обсадной
колонны.
6. В эксплуатационную
колонну должны свободно спускаться и
располагаться без деформаций глубинные
приборы, погружное оборудование и
устройства для ремонта и эксплуатации
скважин.
Для обеспечения этого
требования необходимо соблюдать следующее
условие:
R > L2/8(dB —
dн — к),
где L — длина
спускаемого в колонну погружного
устройства; dB — внутренний диаметр
эксплуатационной колонны; dн —
диаметр спускаемого в колонну погружного
устройства; к — зазор между внутренней
стенкой обсадной колонны и корпусом
спускаемого в колонну погружного
устройства. В большинстве случаев можно
принять
к = 0,003+0,0015 м.
Выбранный на
основании приведенных выше ограничений
радиус искривления ствола скважины
увеличивают на 5—10 % из-за ожидаемых ошибок
реализации проектного решения. Величину
радиуса искривления корректируют на
основании сравнения значения осевого
усилия, возникающего при подъеме бурильной
колонны из искривленной скважины, с
допустимым ее значением для данной
бурильной колонны и буровой
установки.
10.2.6. РАСЧЕТ НАГРУЗКИ,
ВОЗНИКАЮЩЕЙ НА КРЮКЕ ПРИ ПОДЪЕМЕ
БУРИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА ИЗ
СКВАЖИНЫ
Осевая нагрузка на верхнюю
трубу бурильной колонны рассчитывается для
условия подъема после достижения проектной
глубины, когда вес бурильной колонны
максимальный.
Для наиболее
распространенного типа профиля —
трехин-тервального, состоящего из
вертикального участка, участка набора
зенитного угла и прямолинейного наклонного
участка, осевое усилие Р0,
возникающее при подъеме бурильного
инструмента, можно определить по
формуле:
Р0 = (Р1 + qI)K1
+ qRK2 + qHK3,
где Pj
— вес нижней части
колонны (долото, забойный
дви
гатель, УБТ,
стабилизаторы); q — вес единицы длины
бурильных труб с учетом выталкивающей силы
среды, заполняющей ствол скважины; 1 —
длина прямолинейного наклонного участка
ствола скважины; Н — длина
вертикального участка скважины; R —
радиус искривления ствола
K1 =
(cosp + ^sinp)exp(^p),
K2 =
[sin(p + 2y)exp(^p) — sin2yj;
Ф —
угол охвата бурильной трубы;
Y = arctg^;
K3
= exp(^p);
^ — коэффициент трения металла о
породу.
Коэффициент трения можно
оценить по формуле:
^ = ц0(1 + 0,0112v)/(1 +
0,06v),
где ц0 — коэффициент трения
покоя металла труб о горную породу; v —
максимальная скорость подъема бурильной
колонны из скважины.
Значения ц0
для различных пород проведены
ниже.
Глина
жирная……………………………………………………………………………………0,06
— 0,12
Глина
песчаная………………………………………………………………………………..0,18
— 0,26
Глинистый
сланец……………………………………………………………………..0,11
—
0,20
Мергель…………………………………………………………………………………………………………0,18
—
0,25
Известняк………………………………………………………………………………………………..0,31
— 0,38
Строят профиль направленной
скважины следующим образом.
Чтобы
построить горизонтальную проекцию, вначале
наносят точку, обозначающую устье скважины,
затем при помощи транспортира из этой точки
проводят луч в направлении проектного
азимута и откладывают на нем в принятом
масштабе отрезок, равный длине отклонения
забоя от вертикали, проходящей через
устьевую точку. Из конца этого отрезка,
обозначающего проектный забой скважины, в
том же масштабе проводят окружность,
ограничивающую допуск на отклонение забоя
от проектной цели. Из устьевой точки
проводят две касательные к построенной
окружности (границы возможного отклонения
фактической траектории ствола от
проектной).
На этом же листе
миллиметровой бумаги строят вертикальную
проекцию скважины в прямоугольной системе
координат. На вертикальной оси от начала
координат вниз в масштабе, принятом для
вертикальной проекции, откладывают
отрезок, равный глубине наклонной скважины
по вертикали. Затем наносят интервалы
отдельных участков профиля, которые
предварительно вычислены по приведенным
выше формулам. Прямолинейные участки
траектории сопрягают друг с другом дугами
окружностей с расчетными радиусами
искривления ствола скважины.
10.3. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ
ТРАЕКТОРИЮ ЗАБОЯ
СКВАЖИНЫ
Существующая обычная
практика — бурить большие интервалы
криволинейных или прямых скважин забойными
двигателями. Однако из экономических или
других соображений может оказаться более
целесообразно бурить как можно дольше
направленную скважину посредством
вращения бурильной колонны. Если скважина
не искривляется с удовлетворительной
скоростью, то бурильная колонна может быть
извлечена и модернизирована. Специального
рейса и применения отклоняющего
инструмента можно часто избежать, создавая
соответствующие забойные компоновки и
регулируя нагрузку на долото, скорость его
вращения, интенсивность
циркуляции.
Термин «забойная
компоновка» относится к комбинации
утяжеленных бурильных труб,
стабилизаторов, оборудования и устройств,
расположенных непосредственно над долотом.
При направленном бурении, особенно
роторном, в забойной компоновке
используются эффекты, которые приводят к
увеличению, уменьшению или стабилизации
угла наклона. Забойная компоновка для
роторного бурения не может применяться для
управления горизонтальным направлением
ствола или в точках начала изменения
направления (КОР); однако специфические
забойные компоновки бывают полезны для
изменения угла наклона скважины, если она
уже искривлена.
Все части бурильной
колонны до некоторой степени гибкие.
Стандартная бурильная труба очень гибкая и
легко искривляется при сжатии; по этой
причине верхнюю часть бурильной колонны
обычно в процессе бурения поддерживают в
растянутом состоянии. И даже толстостенные
утяжеленные бурильные трубы (УБТ),
устанавливаемые в призабойной части
бурильной колонны, достаточно гибкие, чтобы
изогнуться там, где они лишены боковой
опоры.
Изменение забойной компоновки
дает возможность бурильщику управлять
величиной и направлением изгиба бурильной
колонны и таким образом увеличивать,
уменьшать или поддерживать угол отклонения
забоя так, как это желательно.
Бурение
направленных скважин большого диаметра
(8″ — 12″) обычно легче, чем бурение
скважины малого диаметра. Утяжеленные и
обычные бурильные трубы большего размера
жестче и, следовательно, менее подвержены
изгибу и закручиванию в одних и тех же
проходимых породах. Они также больше весят,
давая бурильщику большую возможность
изменять диапазон нагрузки на долото. И
хотя их большая внешняя поверхность
создает большие сопротивления на контакте
со стенкой ствола, этот недостаток менее
значителен, чем достоинства, и поэтому их
использование стало обычной практикой в
направленном бурении.
Опорные забойные
компоновки
Стабилизатор,
установленный непосредственно над долотом,
действует как боковая опора.
В
скважинах, составляющих с вертикалью 3° и
более, утяжеленные бурильные трубы выше
разгруженной части опираются на нижнюю
часть стенки скважины, вынуждая долото
прижиматься к верхней части. При этом по
мере углубления ствола увеличивается угол
его наклона (рис. 10.9). Такая тенденция
называется опорным эффектом.
Забойные
Рис.
10.9. Опорный эффект от провисания
УБТ
компоновки, использующие опорный
эффект для увеличения угла наклона ствола
скважины, также называют наращивающими
компоновками.
Скорость наращивания угла
с опорными компоновками можно регулировать
выбором соответствующего размера
утяжеленных бурильных труб путем
использования коротких утяжеленных труб и
переводников между стабилизатором и
долотом, распределением других
стабилизаторов соответственно выше
забойной части утяжеленных труб и
регулированием нагрузки на долото и
скорости циркуляции.
Более гибкие
компоновки выше точки опоры ускоряют
наращивание угла наклона ствола скважины.
Утяжеленные трубы меньшего диаметра
провисают и изгибаются легче, чем большего
диаметра.
Увеличение нагрузки
заставляет забойную компоновку изгибаться
далее в направлении начального прогиба.
Если применяется умеренная циркуляция,
достаточная для очистки долота и
стабилизаторов, то наращивание угла
наклона интенсифицируется, особенно в
мягких породах.
Маятниковая компоновка
В
гибких компоновках, поддерживаемых
стабилизатором, установка одной или двух
утяжеленных труб над долотом вместо
наддолотного стабилизатора приводит к
тому, что УБТ под стабилизатором стремятся
занять вертикальное положение (рис.
10.10).
В приведенной скважине
гравитационные силы на долоте действуют в
направлении нижней стенки ствола, создавая
при бурении условия для уменьшения угла
наклона ствола скважины. Этот принцип
известен как маятниковый эффект (эффект
отвеса). Забойную компоновку, используемую
для уменьшения угла отклонения от
вертикали, иногда называют «падающей»
компоновкой (эффект маятника также
используют, чтобы сохранить вертикальный
курс в местах самопроизвольного
искривления ствола).
В маятниковых
компоновках расстояние, на котором должен
быть установлен стабилизатор от долота,
зависит от жесткости утяжеленных труб. Если
используются гибкие утяжеленные трубы
меньшего диаметра, то стабилизатор
желательно поместить в бурильной колонне
ниже, чтобы удерживать утяжеленные трубы от
чрезмерного провисания на противоположную
стенку скважины. Эффект маятника
аннулируется, если УБТ контактируют с
нижней стороной ствола между долотом и
стабилизатором.
Утяжеленные трубы
малого диаметра также способствуют
уменьшению нагрузки на долото, в результате
чего снижается скорость бурения. Чтобы
предотвратить чрезмерное провисание в
сильно искривленных скважинах,
стабилизаторы могут быть установлены так
низко, что долото будет создавать малое
усилие или вообще не будет создавать усилия
на нижнюю стенку ствола. В этих случаях
подкалиберный стабилизатор, установленный
вблизи долота, будет
способствовать
Рис. 10.10. Эффект
маятника от провисания УБТ
постепенному
уменьшению угла. Однако если все-таки угол
невозможно уменьшить по желанию, то
возникает необходимость подъема бурильной
колонны и спуска отклоняющего
устройства.
Комбинированная (жесткая)
компоновка. Удваивание толщины стенки
утяжеленной трубы увеличивает ее жесткость
в 8 раз. Чтобы сохранить угол наклона ствола
скважины, бурильщик может использовать
комбинацию толстостенных утяжеленных труб
по возможности большого диаметра и
стабилизаторов для минимизации или
ограничения искривления, т.е. компоновки,
ограничивающие как эффект маятника, так и
эффект опоры. Такие компоновки называют
комбинированными, или жесткими
компоновками (рис. 10.11).
Компоновка с
забойным двигателем. Забойные двигатели
могут использоваться не только для
изменения угла и направления ствола, но
также для бурения прямых интервалов
(вертикальных или наклонных) направленной
скважины.
Когда забойный двигатель
применяют для сохранения угла, ребра
лопастного стабилизатора могут быть
приварены на нижнюю часть его корпуса, а
стабилизатор установлен сразу над ним. Для
ограничения трения и передачи осевой
нагрузки на долото бурильную колонну
иногда медленно вращают, чтобы бурение
велось в прямом уже созданном направлении.
В этом случае ни кривой корпус забойного
двигателя, ни кривой переводник не
используются.
Особые проблемы в
направленном бурении. Бурить
направленные скважины труднее, чем
вертикальные. Почти все обычные операции
при бурении усложняются, когда скважины
бурят под углом. При подъеме и спуске
бурильной колонны требуется большая
мощность, необходимо большее усилие на
роторе для преодоления силы трения; буровой
раствор и гидравлическая система требуют
более внимательного отношения; прихваты
труб и поломки оборудования становятся
более типичными, обсадные колонны труднее
спускать и цементировать.
Желоб в
резком перегибе ствола скважины. Многие
проблемы могут быть исключены благодаря
особому вниманию к интенсивности набора
кривизны.
В идеале угол наклона должен
увеличиваться или уменьшаться постепенно:
обычно 6°/100 м; максимально в безопасном
пределе до 15°/100 м. Однако изменение угла
наклона от 6 до 15° автоматически нельзя
считать безопасным. Темп изменения угла
наклона должен соблюдаться на всем
искривляемом интервале. Если 1° угла
искривления добавляется каждые 10 м и при
этом не изменяется азимут ствола, вероятно,
не будет проблемы при следующем долблении.
Но если этот угол добавляют каждые 5 м
проходки и искривление 10° достигается в
интервале 100 м, то это значит, что первые 50 м
пройдены с темпом искривления 20°/100 м (10×100:50 =
20).
Создание желобов в резко
искривленных интервалах ствола скважины
является серьезным осложнением.
Когда
анализируются инклинометрические данные,
должны
Рис.
10.11. Принцип действия жест- Рис.
10.12. Образование желоба в
кой
забойной компоновки виде
замочной скважины
быть учтены как
вертикальные, так и горизонтальные
изменения траектории ствола. Если набор
кривизны произведен плавно от 8 до 12°/25 м, то
темп набора угла составляет 1,7°/10 м. Но если
в это же время азимутальное направление
скважины изменено на 25°, то
желобообразующий фактор становится почти
2,5°/10 м (или более 20°/100 м), а ствол имеет вид
спирали или штопора.
В верхней части
сильно искривленных скважин могут
образоваться желоба в форме замочной
скважины (рис. 10.12). Вес бурильной колонны
под сильно искривленным участком ствола
создает боковое усилие со стороны труб на
стенку скважины, в результате чего в этом
месте вырабатывается желоб небольшого
диаметра, через который трудно проходит
инструмент и утяжеленные бурильные трубы.
Когда бурильная колонна поднимается или
спускается, ее может заклинить в этой
замочной скважине и для извлечения
потребуется провести длительные
дорогостоящие операции. Если ствол
скважины обсажен, то колонна может быть
протерта, пока будет буриться нижняя часть
ствола. По этим причинам безопаснее
набирать кривизну быстро в нижних
интервалах ствола, чем в
верхних.
Влияние геологических
факторов. Иногда проходимые породы имеют
тенденцию отклонять долото. Управление его
направлением становится более трудным при
бурении через слоистые породы, которые
залегают не горизонтально.
Когда угол
падения пород (угол между плоскостью
напластования и горизонтальной плоскостью)
меньше 45°, долото стремится отклониться в
сторону восстания пласта или принять
положение, перпендикулярное
напластованию (рис.
10.13). Если
угол падения больше 45°, то долото имеет
тенденцию бурить вниз по падению пласта,
или стремится принять положение,
параллельное напластованию (рис. 10.14).
Иногда скважину планируют, используя эти
тенденции долота. В других случаях для
предотвращения влияния пород необходимо
использовать жесткие забойные
компоновки.
Долото также имеет
тенденцию отклоняться горизонтально
параллельно наклонному напластованию из-за
разной прочности проходимых пород. Этот
эффект называют «блужданием»
(отклонением). Даже там, где напластование
горизонтальное, вращаемое вправо долото
имеет тенденцию двигаться вправо в
искривленной скважине («уход»
долота).
«Блуждание» и «уход»
долота труднее контролировать, чем
изменения вертикального направления,
потому что они не могут быть
скорректированы простым изменением
вращения или нагружения забойной
компоновки.
Если жесткая компоновка не
обеспечивает контроль за «блужданием»
или «уходом» долота, обычно требуется
отклоняющий инструмент. В большинстве
случаев, однако, бурильщик может предвидеть
влияние геологических факторов
Рис.
10.13. Искривление скважины под влиянием
пластов, залегающих под углом менее
45°
или «уход” долота и
компенсировать это проводкой скважины,
например, в точке начала искривления
выбрать направление, которое отличается от
показанного на плане (обычно влево) и
использовать «уход” долота для проводки
ствола к цели.
Рис.
10.14. Искривление скважины подд влиянием
пластов, залегающих под углом более
45°
Гидравлика. Как
правило, направленное бурение наиболее
эффективно при высокой скорости проходки,
при которой требуются высокие давления
циркуляции для очистки скважины от
шлама.
Однако чтобы достичь наилучших
общих результатов при наименьшей
стоимости, бурильщик должен учитывать
многие факторы, такие как скорость
проходки, изменение угла искривления,
ожидаемый абразивный износ или прихват
бурильного инструмента, регулирование
давления.
Скорость проходки, например,
ограничивается, когда набирают кривизну,
так как нагрузка на долото совместно с
давлением циркуляции должны быть
ограничены, чтобы контролировать
интенсивность отклонения ствола. В
искривленных интервалах, особенно в
стволах с большим углом наклона, шлам имеет
тенденцию оседать на нижнюю стенку ствола
(рис. 10.15). Бурильная колонна также провисает
на нижнюю стенку, ухудшая очистку
восходящим потоком бурового раствора.
Стабилизаторы помогают частично решить
проблему,
Рис.
10.16. Интенсификация сил трения в сильно
искривленных скважинах удерживая
бурильную колонну на некотором удалении от
стенки ствола скважины.
Увеличение скорости циркуляции
может заставить компоновку отклоняться
слишком быстро или блуждать.
Трение.
В сильно искривленных скважинах большая
часть веса бурильной колонны приходится на
нижнюю стенку ствола (рис. 10.16). Возникающее
в результате этого трение требует большей
мощности на вращение бурильной колонны и
увеличивает опасность истирания замков,
износа и поломки труб. В мягких породах это
даже может привести к образованию желоба на
нижней стенке ствола.
Трение бурильной
колонны о стенки ствола не может быть
исключено полностью, но оно может быть
уменьшено посредством использования
нефтеэмульсионных буровых
растворов.
Трение также затрудняет
спуск обсадных колонн в направленные
скважины. Колонна ложится на нижнюю стенку
ствола, в результате чего цемент плохо
распределяется по заколонному
пространству. Используя безмуфтовые
обсадные колонны и центраторы, можно
уменьшить трение в скважинах, центраторы
также улучшают распределение цемента за
колонной посредством отвода ее от стенки
ствола.
10.4. ЗАБОЙНЫЕ
КОМПОНОВКИ
ДЛЯ БУРЕНИЯ НАПРАВЛЕННЫХ
СКВАЖИН
10.4.1. ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ НАБОРА
КРИВИЗНЫ СТВОЛА СКВАЖИНЫ
Наиболее
предпочтительно в интервале набора
кривизны ствола скважины применять
укороченный забойный двигатель. С целью
увеличения зенитного угла при бурении
забойным двигателем используют различные
компоновки низа бурильных колонн (КНБК) в
соответствии с гео-лого-техническими
условиями бурения (рис. 10.17).
Для
увеличения зенитного угла рекомендуются
следующие компоновки:
1) долото, забойный
двигатель, переводник с перекошенными
осями присоединительных резьб и
утяжеленные бурильные трубы (рис. 10.17, а),
угол перекоса осей присоединительных резьб
переводника обычно 1,5 — 3°, длина УБТ (при
коротких турбобурах) 12 — 25 м;
Рис.
10.17. Компоновки низа бурильной колонны для
искривления скважин:
а — с
переводником, имеющим перекошенные оси
присоединительных резьб; б — с
искривленным секционным турбобуром; , — с
турбинным отклонителем; ,, — с турбинным
отклонителем и кривым переводником; % — с
отклонителем; А — с накладкой и
кривым переводником; Е — с
эксцентричным ниппелем
2) долото,
секционный турбобур, секции которого
соединены под углом 0,5—1,5° (рис. 10.17, •);
3)
долото, наддолотный калибратор,
турбинный отклонитель, УБТ (рис. 10.17, ,),
рекомендуется использовать отклонитель с
углом перекоса 1—2°;
4) долото,
отклонитель, переводник с перекошенными
осями присоединительных резьб и бурильные
трубы (рис.
10.17, „), при сбо рке такой
компоновки вогнутые стороны переводника и
отклонителя должны быть обращены в одну
сторону;
5) долото, турбобур, отклонитель
Р-1 и бурильные трубы (рис. 10,17, %), угол
перекоса осей резьбы отклонителя,
соединяющей отклонитель с турбобуром,
рекомендуется принимать равным 1,5 — 3°;
6)
долото, турбобур с металлической
накладкой на корпусе, переводник с
перекошенными осями соединительных резьб,
устанавливаемый в плоскости накладки,
обычные или утяжеленных труб (рис. 10,17,
А);
7) долото, турбобур с
установленной на ниппеле эксцентричной
металлической или резиновой накладкой и
обычные или утяжеленные бурильные трубы
(рис. 10.17, Е).
Различная
интенсивность искривления ствола скважины
достигается за счет изменения угла
перекоса осей присоединительных резьб
переводника и длины прямого переводника,
размещаемого между долотом и отклонителем.
При использовании эксцентричного ниппеля
не следует устанавливать на шпинделе
турбобура переводник длиной более 30
см.
Проектирование отклоняющих
компоновок включает: выбор компоновки,
расчет ее геометрических размеров и
проверочный расчет. Компоновку выбирают в
зависимости от геологического разреза,
ожидаемого состояния ствола скважины и
требований точности искривления.
Компоновки 1 и
3 рекомендуется применять
при бурении скважины в устойчивых
геологических разрезах, где не ожидается
значительное увеличение диаметра ствола.
Предпочтительнее компоновка 3, так как она
позволяет при одинаковой интенсивности
искривления получать более высокие
показатели бурения — механическую
скорость и проходку на долото. Компоновки 4
и 5 рекомендуется применять в том случае,
если ожидается значительное расширение
ствола скважины. Если требуется малая
интенсивность искривления, то используют
компоновки 6 и 7.
Геометрические размеры
компоновки низа бурильных колонн
рассчитывают в зависимости от заданной
интенсивности искривления скважины. При
использовании компоновок 6 и 7 следует
выбирать их размеры такими, чтобы можно
было получать приращение угла искривления
скважины не более 1° на 10 м проходки. При
этом углублять скважи-586 ну можно долотом,
диаметр которого равен диаметру
скважины.
Для уменьшения зенитного угла
рекомендуется применять следующую
компоновку низа бурильной колонны:
для
медленного уменьшения зенитного угла —
долото, забойный двигатель и бурильные
трубы;
для уменьшения зенитного угла со
средней интенсивностью — долото,
сбалансированная толстостенная труба в
пределах диаметра забойного двигателя
длиной 3 — 4 м, забойный двигатель и
бурильные трубы;
для интенсивного
уменьшения зенитного угла — одну из
компоновок, используемых для набора
кривизны (см. рис. 10.17).
Для стабилизации
зенитного угла рекомендуется применять
одну из трех приведенных ниже
компоновок:
долото, наддолотный
калибратор, стабилизатор на корпусе
турбобура, турбобур и УБТ;
долото,
наддолотный калибратор, турбобур с
приваренной на его корпусе накладкой или
установленной на верхний переводник
шпинделя, УБТ;
долото, наддолотный
калибратор, турбобур с установленным между
ниппелем и корпусом шарошечным
стабилизатором, УБТ.
10.4.2. РАСЧЕТ
ЗАБОЙНЫХ КОМПОНОВОК
Расчет забойных
компоновок предусматривает:
а)
проверку на прочность;
б)
оценку возможности прохождения через
обсадную колонну (кондуктор);
в)
определение возможности запуска
забойного двигателя. Для реализации
проектного радиуса искривления
ствола
направленной скважины
необходимо прежде всего выбрать
геометрические параметры забойной
компоновки. Радиус кривизны, получаемый
компоновкой определенных геометрических
размеров, с достаточной для практики
точностью определяется по
формуле
R = (Lj +
L2)/2sin(a + в);
где Lj —
длина нижнего плеча компоновки, включая
долото и нижнее плечо отклонителя; L2
— длина верхнего плеча отклонителя (от
точки искривления оси переводника до его
верхнего торца); а — угол перекоса
валов турбинного отклонителя или резьб
кривого переводника;
в = arctg[L>1 —
Ly^L^;
Db D2 — диаметр
соответственно долота и
отклонителя.
Однако геометрические
размеры и углы перекоса компоновок должны
не только соответствовать проектным
радиусам искривления ствола скважины, но и
обеспечивать свое прохождение через
обсаженные участки ствола.
Для того
чтобы установить размеры компоновок, при
которых напряжения, возникающие в ее
элементах при прохождении обсадных колонн,
были меньше предела текучести, необходимо
выполнить проверочный расчет.
Оценка
возможности прохождения компоновки внутри
обсадной колонны обусловливает
продвижение компоновки только под
действием собственного веса. В противном
случае после прохождения обсадной колонны
в компоновке могут появиться остаточные
деформации и ожидаемый эффект от ее работы
ухудшится или вовсе будет сведен на
нет.
Кроме того, величина отклоняющей
силы, действующей на долото, может
полностью затормозить вал турбобура, и
турбобур на забое не
запустится.
Рассмотрим случаи расчетных
схем некоторых компоновок, приведенных на
рис. 10.17.
Расчетная схема компоновок
а и б приведена на
рис.
10.18, „ и % — на рис. 10.19
и 10.20, А и Е — на рис. 10.21.
Условие упругих деформаций
м
о = — < о
т
W
или для компоновок
«а» и «б»
где
Рис.
10.19. Расчетная схема компоновок „ и %
(первый случай)
Рис.
10.21. Расчетная схема компоновок А и
Ё
момент инерции поперечного
сечения турбобура.
Остальные
обозначения см. из рис. 10.18.
Условие
возможного пропуска (прохождения)
компоновки через кондуктор
QK
>¦
2|ia |
$ d 1 + d 2 ‘ |
El 2 |
L3 |
$1 +
1′
I1+т)¦
где QK — вес
компоновки; ^ — коэффициент трения
компоновки о кондуктор.
Условие запуска
турбины
Мт >
$ d |
1 + d 2 ‘ |
||
6 |
Dc % |
—21 |
El 2 |
2 ( |
Ьд |
||
L |
2L1 |
2 |
где Мт —
тормозной момент турбины.
Для
компоновок «, » прЁ I1
>> 12 расчетные формулы остаются
справедливыми с упрощением
$ di +
d2′
3
Гг»(
$ di
D2‘ 1
а п
Dc — Т _Т( Т1
Для компоновок
«„» и «%» рассмотрим два
случая расположения.
Расчетная схема
для первого случая приведена на
рис.
10.19.
Приведенные формулы будут
справедливы для
D
_ ^ _
di
22 Г / „г-
_±±_
т
и условий
упругих деформаций
d2 +
d3
Ed3
< [а
т
а
L
d1L
Li + L2 Li + L2
d2 + d3
xJ3
2
Dr.
D
— D — d2 c 2 2 +
alLl
$ d2 +
d3′ ’%—(
+8
Dc
a
2
L1+
L2
L1+ L2
где Ij — меньший из моментов
инерции поперечного сечения первого и
второго плеча; /3 — момент инерции
поперечного сечения ключа ОА.
Условие
пропуска (прохождения) через
кондуктор
$ d2 + d3 ‘
2|i6
$1 +
L ‘
% L +
L2J.
L
Возможность запуска турбины
$ d2 + d3 ‘
6
D
д
L (Lj + L2)
2
Расчетная схема
компоновок «е» и «д» (второй
случай) приведена на рис 10.20.
При
ai > •
L
условие
упругих деформаций
6
2L2
< [От],
о
где L = —
Dc
2
$Л dj
D3‘
a j-1 Dc—-1
(n d1 Dд’ 1
a
1 — I Dc —1—д i — + a
2
1 % c 2
2 J L1
+
1/2
EI2
6 |
D ( d2 + d3 ‘ Dc I 1EI2 |
|
% 2 J |
д D |
|
L2 L1 |
2 |
a =
Расчетная схема компоновок
«А” и приведена на рис. 10.21.
Так
как накладка рассчитана на работу в кривом
стволе, ясно, что конец турбобура не будет
касаться нижней стенки
кондуктора.
Условие упругих
деформаций
2(aп -a
1)Ea3
12
— наименьший
из моментов
инерции
поперечных сечений второго
плеча и плеча ОА.
Условие пропуска
(прохождения) через кондуктор
( d2 +
d3 ‘ j
Q
> % 2
^ * (1 +
L‘
a
>-L-^&1+L1J’
Условие запуска
турбины i
Мт >
Рис. 10.22. Компоновка низа бурильной
колонны для бурения участка стабилизации
зенитного угла:
1 — долото;
2 — калибратор; 3 — турбобур;
4 — центр атор
D
-&‘
% 2 (
D (
d2 —
‘ 12
т
D‘
—% ~T~J 17
L‘
<
[aт].
2ц 6
+ 8
2L
x
2
L2(an -a 1)
+ (Dc -^J-&f + ^j
Здесь 3
L =
dт —
диаметр турбобура;
d
Условие
пропуска (прохождения) через
кондуктор
QK = 2^ 2(ап _ $1 + T+L2).
a1)E13
L2 %
L1 (
Условие запуска
турбины
Мт >^ 2(ап _а (L + L2)Ьд. l2l1
1)E13
2
На рис. 10.22 приведена
компоновка низа бурильной колонны, где
L — искомая оптимальная длина
компоновки.
10.4.3. ВЫБОР ЖЕСТКИХ
КОМПОНОВОК НИЖНЕЙ ЧАСТИ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ
ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ УГЛА НАПРАВЛЕННОЙ
СКВАЖИНЫ
Стабилизация угла
прямолинейного участка наклонно
направленной скважины является важнейшим
этапом ее проводки, так как прямолинейный
участок, как пра-
Та б ли ц а 10.6
Компоновка низа |
Способ бурения |
Расстояние от торца долота до середины |
||||
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
||
Долото диаметром 295,3 мм, |
Ротор ный |
8,0 |
7,7 |
7,2 |
6,8 |
6,6 |
Долото диаметром 295,3 мм; |
Ротор ный |
8,2 |
7,8 |
7,4 |
7,1 |
6,0 |
Долото диаметром 295,3 мм; |
Турбин ный |
7,7 |
7,2 |
6,8 |
6,5 |
6,0 |
Долото диаметром 215,9 мм; калибратор |
Ротор ный |
6,5 |
6,0 |
5,7 |
5,5 |
5,0 |
Долото диаметром 215,9 мм; калибратор |
Турбин ный |
5,0 |
4,5 |
4,3 |
4,0 |
3,0 |
вило, — наиболее
протяженный элемент профиля, определяющий
успешное достижение забоем скважины
заданной точки.
Для выполнения
указанной задачи необходимо соблюдать
следующие общие положения.
1.
Компоновка должна иметь не менее
двух центрирующих элементов, диаметр
которых равен диаметру долота при роторном
бурении, а при бурении забойным двигателем
диаметр центратора должен быть на 3 мм
меньше номинального диаметра долота.
Первый элемент — калибратор
присоединяется непосредственно к долоту
(без переводника).
2. Длина
компоновки должна быть оптимальной. В
качестве критерия, определяющего
оптимальную длину компоновки, принято
равенство нулю силы, приложенной к долоту и
направленной перпендикулярно к оси ствола
скважины.
3. Оптимальная длина
компоновки должна обеспечивать ее
проходимость на участке выбора угла с
интенсивностью искривления,
соответствующей проектному профилю.
Для
эффективной работы компоновки в процессе
бурения следует поддерживать номинальные
размеры калибраторов и центратора,
устанавливаемого на забойном
двигателе.
В табл. 10.6 приведены
результаты расчетов оптимальной длины
компоновок для стабилизации угла наклонно
направленных скважин.
10.5.
МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА КОНТРОЛЯ ТРАЕКТОРИИ
НАПРАВЛЕННЫХ СКВАЖИН
Вертикальная
(ненаправленная) скважина бурится при
постоянном угле наклона, который
поддерживается в заданных пределах, в то
время как при направленном бурении угол и
азимут траектории ствола должны быть
определенными, как, например, изображено на
рис. 10.23.
Чтобы показать изменения
конфигурации ствола, проводят единичные
выборочные измерения. Эти измерения часто
можно совместить с непродолжительными
перерывами в работе бурового станка, в
течение вспомогательных операций,
например, непосредственно перед подъемом
бурильных труб для смены долота. Более
прогрессивные системы, такие как
контролирующие инструменты или
измерительные системы в процессе бурения
(MWD), в конкретные моменты времени
представляют данные о направлении ствола,
которые показывают, что происходит на забое
в процессе бурения.
Рис.
10.23. Расчетная и фактическая трассы ствола
направленной скважины
Сервисная
компания по результатам исследования
скважины готовит комплексный отчет о
скважине, обычно такой, какой требуется
перед спуском обсадных колонн или после
спуска, или после заканчивания скважины.
Инструментальные измерения и исследования
проводят в нескольких запланированных
интервалах. Эти исследования анализируют
обычно на компьютере в целях обеспечения
точной траектории скважины.
Требования
к исследованиям и интервалам варьируют в
различных компаниях, штатах и нефтяных
промыслах. Так, на побережье залива в США
направленные скважины должны
исследоваться через каждые 50 — 70 м
проходки, а на океанском побережье — через
30 — 50 м. Там, где скважины очень близко
расположены, например, при бурении с
морских платформ, интервалы проходки между
исследованиями могут быть уменьшены до 30—10
м, чтобы не пересечься с другими скважинами.
Эти скважины часто пробиваются управляемым
инструментом.
В целом для сервисного
обслуживания направленного бурения
используют различные системы: от более
старых простейших инструментов, до
новейших постоянно действующих забойных
регистраторов. Наилучшую систему для
каждого конкретного случая определяет
заказчик с учетом расположения площади,
применяемого бурового оборудования,
необходимой точности измерений.
Для
определения конфигурации ствола скважины в
отечественной практике чаще всего
применяют приборы с плавиковой кислотой и
инклинометры: первые позволяют измерять
лишь зенитный угол, а вторые — зенитный
угол и азимут направления ствола в точке
измерения.
После окончания бурения
определенного интервала или всей скважины
работники каротажной партии регистрируют
при помощи глубинного инклинометра
изменения зенитного угла и азимута оси
ствола скважины по глубине и строят
ин-клинограмму, на основании которой
вычерчивают горизонтальную проекцию
ствола скважины с указанием направления с
севера на юг и с запада на восток,
отклонение проекции забоя от проекции
устья. Иногда на графике указывают
характерные глубины резкого изменения
азимута или зенитного угла, границ
горизонтов и мест аварий (рис. 10.24).
Из
приборов с плавиковой кислотой наиболее
распространен сбрасываемый в бурильную
колонну аппарат В.А. Петросяна (рис. 10.25),
принцип действия которого основан на том,
что плавиковая или фторводородная кислота
на границе с воздухом протравливает
(разъедает) стекло по периметру
горизонтального мениска.
Схема действия
этого прибора показана на рис. 10.26. В
стальной корпус 1 с крышками помещен
на осях 4 с заостренными концами
полуцилиндр 3, центр тяжести которого
смещен относительно оси корпуса, в
результате чего при наклоне прибора
полуцилиндр поворачивается на осях
4 до тех пор, пока его центр тяжести
не займет низшее положение. В полуцилиндре
размещается прямоугольный пенал 5 с
резиновой пробкой 6, в пазы которого
вставляют стеклянную пластину. В бурильной
колонне прибор центрируется резиновыми
кольцами 2.
Перед спуском в скважину
пенал заполняют наполовину
Рис.
10.24. Характерная инклинограмма
вертикальной скважины, пробуренной
виях:
1 — границы свит и
горизонтов; 2 — обозначения мест
аварий
сложных горно-геологических
усло-
Рис. 10.25. Желонка с прибором В.А.
Петросяна:
1 — верхнее
направление — замок; 2 — «рыбка”;
3 — пробка; 4 — прокладка;
5 — корпус; 6 — пружина;
7 — деревянные диски, между которыми
размещается измерительный прибор; 8
— соединительный ниппель; 9 — труба;
10 — нижнее направление
Рис. 10.26. Прибор В.А.
Петросяна
плавиковой
кислотой 20%-ной концентрации и вставляют в
полуцилиндр. Собранный прибор помещают в
длинную желонку между двумя пружинами,
служащими для амортизации толчков (см. рис.
10.25). В таком виде прибор сбрасывают или
опускают на тросе при помощи специальной
лебедки в бурильную колонну. После
достижения прибором глубины измерения его
необходимо оставить в покое на 10—15 мин для
протравливания пластины кислотой и после
этого извлекать на поверхность. В
искривленной скважине пенал прибора
повторит наклон оси ствола. При этом
полуцилиндр повернется так, что плоскость
стеклянной пластины совместится с
плоскостью искривления скважины в этой
точке и от горизонтального уровня кислоты
на пластине протравится след под углом к
шлифованной грани пластины, равным
зенитному углу скважины.
Аппараты
изготовляют трех размеров (табл. 10.7).
Для
измерения угла искривления скважины
аппаратом В.А. Петросяна выполняют
следующие операции.
Перед измерением
угла искривления скважины приподнимают
долото над забоем, ставят трубы на элеватор
или клинья и отвинчивают ведущую бурильную
трубу. Затем отвинчивают верхнюю пробку
направляющей желонки рычагом, пропущенным
сквозь отверстие пробки, удерживая желонку
другим рычагом, пропущенным через
отверстие в нижней части. Отвинчивают
защелки измерительного прибора, снимают
боковую крышку и вынимают пенал из
вращающегося полуцилиндра. Сняв резиновую
пробку, в пенал заливают плавиковую кислоту
до половины высоты. Затем вставляют
замерное стекло нижним основанием
(шлифованной кромкой), противоположным
стороне, на которой написан номер стекла, в
пазы пенала, предварительно промыв его
водой. Плотно закрывают пенал резиновой
пробкой, причем последняя своим выступом
должна плотно прижать стекло к донышку
пенала. Затем пенал вставляют во
вращающийся
Та б ли ц а 10.7
Марка аппарат |
Минимальный внутренний диаметр |
Наружный |
Размер |
П6 |
146 |
70 |
41×40 |
П5 |
120 |
60 |
40×30 |
П4 |
95 |
50 |
40×22 |
П р и м е ч а н и е . Толщина замерного |
полуцилиндр и укрепляют стопорным
винтом. Крышку измерительного прибора
ставят на место и закрывают защелки.
Измерительный прибор ставят в вертикальное
положение в направляющую желонку между
двумя деревянными дисками с
амортизационными пружинами и проверяют,
плотно ли он входит в желонку. После
установки резиновой прокладки завинчивают
верхнюю пробку направляющей желонки
рычагом, пропущенным сквозь отверстие
пробки, удерживая направляющую желонку
другим рычагом, пропущенным сквозь
отверстия в ее нижней части. При помощи
специальной ручной или механизированной
лебедки спускают аппарат на канате в
бурильные трубы. Иногда аппарат сбрасывают
в бурильные трубы.
При спуске аппарата
на канате через бурильные трубы по
достижении им забойного двигателя или
долота (при роторном бурении), что
определяется по снижению нагрузки на канат,
расхаживают бурильную колонну 3 — 4 раза на 2
— 3 м и вновь сажают на ротор, приподнимают
аппарат над долотом или турбобуром на 1 — 1,5
м, затем на 15 мин оставляют бурильную
колонну в покое, после чего поднимают
аппарат без остановок. Глубину замера
ориентировочно определяют по длине каната
и контролируют по удару о забойный
двигатель или долото.
При сбрасывании
аппарата в трубы по достижении им долота
или забойного двигателя, т.е. через 2 — 3 мин
после сбрасывания, проворачивают
инструмент на несколько оборотов,
расхаживают 2 — 3 раза на 2 — 3 м и вновь
сажают на элеватор. Через 10 мин поднимают
бурильную колонну, не допуская длительных
остановок. Глубину замера определяют по
положению долота. По окончании подъема
аппарата с бурильной колонной из последней
извлекают аппарат. Затем снимают резиновую
пробку пенала, сливают плавиковую кислоту и
промывают стакан раствором соды, а затем
водой. Вынимают замерное стекло из пенала и
тщательно промывают его водой. На стекле
будет виден ясный след уровня плавиковой
кислоты. На среднем участке этот след будет
прямой, а по краям будет иметь форму кривой
— след мениска. Так как в сброшенном или
спущенном внутрь бурильных труб аппарате
Петросяна боковая грань стекла всегда
будет параллельна оси скважины, то след от
горизонтального уровня кислоты на
стеклянной пластинке в виде прямой линии
непосредственно изобразит угол
искривления скважины, как угол,
составленный наклонным следом от кислоты с
нижней горизонтальной гранью
стекла.
Рис. 10.27. Схема автономного
забойного инклинометра (ЗИ)
Угол
искривления скважины по пластинке
определяется непосредственным измерением
угла по транспортиру или вычислением по
формуле
——70 —,
а = 1,2
0,017 D D
где
а — разность высоты линии следа на
стекле, мм; D — длина стекла,
мм.
Пример. Допустим, что
линейкой на пластинке замерено:
а = 6 мм; D =
30 мм. Тогда
D = 70— =
14°.
30
Для одновременного измерения
зенитного и азимутального углов часто
используют автономный забойный
инклинометр ЗИ, разработанный Г.Н. Строцким,
Г.М. Раммом и Г.П. Ма-люгой (рис. 10.27). Прибор ЗИ
имеет измерительную систему, установленную
в корпусе, которая состоит из вращающейся
рамки 1, на которой расположены
буссоль с магнитной стрелкой 2 для
измерения азимута ствола скважины в зоне
измерения, отвес 3 для измерения
зенитного угла и вспомогательный
лимб
4 для определения положения
отклонителя относительно направления
искривления скважины или относительно
меридиональной плоскости север —
юг.
Вращающаяся рамка эксцентрична
относительно оси вращения, поэтому она сама
устанавливается в плоскости искривления
скважины подобно тому, как это происходит с
полуцилиндром в приборе Петросяна.
При
спуске в скважину вся измерительная
система закрепляется фиксатором 5. В момент
посадки прибора на «ножи” на свинцовой
печати 12 образуются отпечатки
«ножей”, нижняя часть 10 корпуса
прекращает движение,
тогда как верхняя
часть 9 вместе с измерительной
системой продолжает спускаться вниз,
надвигаясь на цилиндрический груз 14,
который телескопически соединен с обеими
частями при помощи пальцев 15 и
прорезей 16. При этом диск 6
садится на нажимной шток 7 и
освобождает измерительную
систему.
Освобожденная рамка
инклинометра устанавливается в плоскости
искривления скважины, а стрелки буссоли и
отвеса занимают положения, соответствующие
азимуту и углу наклона скважины в точке
замера.
Нажимной шток 7 имеет
специальное гидравлическое реле 8, которое
после определенной, заранее заданной и
отрегулированной выдержки во времени
устраняет нажатие диска. Как только диск
6 возвратится на свое место,
фиксатор 5 закрепляет стрелки
буссоли и отвеса в тех положениях, которые
соответствуют азимуту и зенитному углу
искривления в точке измерения. Для проверки
правильности показаний инклинометра в
стакан 11 можно вставить пробирку
13 с плавикой кислотой для
контрольного угла искривления
замера.
Средняя часть корпуса
инклинометра заполнена маслом. Через
компенсатор 20 гидростатическое
давление столба промывочной жидкости
передается на масло, вследствие чего
происходит выравнивание давления внутри и
снаружи прибора и достигается высокая
герметичность сальника 17, штока и резьбовых
соединений. Масло оказывает также
демпфирующее влияние на стрелки буссоли и
отвеса и используется для работы
гидравлического реле времени.
На нижней
части прибора выполнен кольцевой лимб 18, а
вдоль одной из образующих корпуса нанесена
глубокая риска 21. Лимбы 4 и
18 и риска 21 позволяют
связать отпечатки ножей на свинцовой
печати с показаниями измерительной системы
и провести ориентирование
отклонителя.
Инклинометр спускается в
бурильную колонну при помощи
вспомогательной лебедки на тонком стальном
канате, прикрепленном к кольцу колпака
19. Замер длится 3 — 5 мин, если не
считать времени на спуск и подъем
прибора.
Подняв прибор на поверхность,
снимают колпак 19 и определяют
зенитный угол скважины по показанию
стрелки отвеса 3, а азимут — по показанию
магнитной стрелки буссоли 2.
В
зарубежной практике считают наиболее
простым обслуживание с помощью
фотографических устройств.
Старейший
тип контролирующих инструментов
записывает информацию на забое скважины,
которую затем, после подъема его на
поверхность,
анализируют.
Фотографическое
устройство доставляют в скважину и
извлекают из нее одним из трех
способов.
1. Оно может быть спущено в
бурильную колонну и извлечено из нее при
помощи троса или кабеля малого
диаметра.
2. Оно может быть свободно
сброшено в бурильную колонну, а затем
извлечено при помощи овершота, спущенного в
бурильную колонну на гибком тросе.
3. Оно
может быть свободно сброшено внутрь
бурильной колонны и при необходимости
(например, для смены долота) извлекается из
скважины вместе с поднимаемой бурильной
колонной.
На рис. 10.28 приведен вид
инструментальной сборки, показывающий
основные узлы, такие как головка для
извлечения устройства, поглотитель ударов,
амортизатор, который уменьшает удары во
время падения устройства внутри бурильных
колонн.
Простейшая магнитная
установка. Простейшее магнитное
устройство фотографирует маятник,
подвешенный к фотографическому диску и
расположенный над компасом (рис. 10.29).
Вращающийся магнитный диск ориентируется
на север магнитного поля земли; маятник
установлен вертикально подобно отвесу.
Электрический свет, сфокусированный на
края диска с светочувствительной пленкой,
освещает вертикальную сборку и компас. В
искривленной скважине проекция
вертикально подвешенного маятника не
совпадает с центром диска компаса на
фотографии.
В результате длительной
работы бурильный инструмент
намагничивается от магнитного поля Земли, в
связи с чем расположенный в нем компас дает
искаженные результаты. Чтобы получить
качественные магнитные данные, магнитный
инструмент должен быть расположен вблизи
долота в специальных бурильных трубах,
металл которых трудно намагничивается,
(например, нержавеющая сталь или алюминий).
Измерительная сборка должна быть
расположена достаточно далеко от
ближайшего магнитного металла. Длину и
число немагнитных участков следует
выбирать в зависимости от магнитной
ситуации, угла искривления и направления
скважины. Если скважина обсажена в местах
измерения намагничиваемой стальной
колонной, то магнитные измерения в такой
скважине невозможны.
Фотографический
диск должен быть помещен в
камеру,
Вертикальная
ось
Рис.
10.28. Схема типовой сборки
измерительного
инструмента
для направленного бурения скважин:
1
— головка; 2 — поглотитель
ударов; 3 — инструмент; 5 —
амортизатор
Осевая линия
инструмента
4-*
Угол наклона
Рис. 10.29. Схема одноразового
фотографического измерительного
прибора:
1 —
изображение на фотографическом
диске;
2 — источник
света; 3 — маятник; 4 —
собирающая линза; 5 —
компас
периодически впускающую импульс
света. Таймер, встроенный в сборку
устройства, в определенные моменты времени
фиксирует маятник и компас, чтобы
зафиксировать информацию об их взаимном
положении.
Инструментальную сборку
спускают в скважину и устанавливают в
немагнитной части инструмента. Таймер
включает свет, который светит мимо маятника
и фиксирует его на фотографическом диске.
После необходимой экспозиции диска свет
выключается и инструмент возвращается в
исходное положение. На поверхности диск
проявляют и читают информацию.
На рис.
10.30 показана типичная фотография. Угол
скважины прямо зависит от того, как далеко
от центра находится изображение маятника. В
рассматриваемом примере центр изображения
маятника находится в окружности,
соответствующей 15° в точке 86° на восток от
севера по показаниям компаса. Скважина в
данной точке углубляется под углом 15°. Это
магнитные данные, потому что компас
реагирует на магнитный полюс Земли. Север
магнитного полюса удален на нескольких
сотен километров от северного
географического полюса. Но план
направленной скважины наносят на
стандартные карты и схемы, базируясь на
истинных сведениях, поэтому магнитные
данные на диске должны быть
откорректированы в
географические.
Отличие данных
истинного магнитного севера называют
отклонением. Его величина зависит от того,
где производят измерения. Существуют карты
изогоник, на которых нанесены линии
одинаковых отклонений. Определив для
данной точки местности величину
отклонения, ее прибавляют к показаниям
компаса. Так, если бы это отклонение в
данном примере составило 14°, то
действительные показания составили бы N100E.
Однако более удобно, чтобы показания не
превышали 90°, поэтому N100E одно и то же, что
S80E. Если отклонение составляет 0°, то это
означает, что магнитный и географический
полюсы в данной точке местности
совпадают.
Магнитное устройство для
многократных измерений.
Проект
направленного бурения требует
обстоятельного обследования скважины в
определенные периоды времени, такие,
например, как перед спуском обсадной
колонны. Эти сервисные работы, используют
для построения всей траектории скважины по
одиночным измерениям.
При этом
применяют устройство, называемое магнитной
установкой для многократных точечных
измерений.
Рис. 10.30. Изображение
магнитного диска в инструменте
одноразового действия
Рис. 10.31.
Схематический вид магнитного инструмента
многоразового действия:
1 — батареи; 2 —
таймер; 3 — мотор; 4 — камера;
5 — линзы;
6 — шкала;
7 — жидкость; 8 — стеклянная
крышка; 9 — маятник; 10 —
собирающая линза
1 2
( 1 С ‘! (ОТ
ffah
СВет
————————
Принцип
работы многоразового устройства такой же,
как и одноразового. Основное отличие
состоит в том, что он снабжен встроенной
пленкопротяжной камерой с таймером,
который автоматически экспонирует и
перемещает пленку в определенных
интервалах (рис. 10.31). Результаты
исследований анализируют, и сервисная
компания представляет их в виде
графических материалов.
Магнитный
прибор многоразового действия может быть
свободно сброшен или спущен при помощи
гибкого троса внутри немагнитной части
бурильного инструмента. Но так как в
немагнитной части бурильного инструмента
должен устанавливаться магнитный компас,
чтобы нормально функционировать, сервисные
данные получают только тогда, когда прибор
вместе с бурильной колонной поднимают на
поверхность. Используя секундомер с
остановом, специалист по сервису отмечает
соответствующие времени глубины, на
которых таймер включает фотографирование.
Рассматриваются только те фотографии,
которые сделаны на известных глубинах в
период остановок бурильной колонны; их
используют для построения графика
траектории
скважины.
Гироскопический
многоразовый аппарат. Обсадные колонны
в скважинах, подобно обычному бурильному
инструменту и трубам, намагничиваются и
выводят из строя магнитный компас.
Магнитные исследования становятся
невозможными в обсаженных скважинах или в
открытых стволах, вблизи которых находятся
обсаженные скважины, например, скважины,
пробуренные с морских платформ.
Гироскопический многоразовый прибор может
быть использован для управляющих сервисных
действий в обсаженных скважинах, вблизи
обсаженных стволов или в спущенных в
скважину бурильных трубах.
Гироскоп
(рис. 10.32) представляет собой диск,
установленный так, чтобы он мог быстро
вращаться возле одной оси (АО), но свободно
менять положение около одной или обоих из
двух других взаимно перпендикулярных осей
(KG и ED). Инерция вращающегося диска
имеет тенденцию удерживать свою ось в
установленном направлении, несмотря на то,
как поворачиваются другие
оси.
Гирокомпас в гироскопическом
многоразовом приборе
Рис.
10.33. Гироскоп в гироскопическом инструменте
многоразового действия:
1 —
шкала верньера; 2 — внешний шарнир;
3 —
внутренняя
опора шарнира; 4
— нижняя
внешняя опора
шарнира; 5 —
сборка
мотора для гироскопа; 6 —
нивелирующий переключатель; 7
— сборка вращающего
мотора;
8 — гирокарта
представляет собой
катушку компаса, шарнирно подсоединенную к
гироскопу. Собственно гироскоп — это
массивный р о-тор электрического мотора,
вращающийся с частотой 40 000 об/мин. В отличие
от магнитного компаса гирокомпас не
подвержен влиянию магнитного поля Земли.
Однако так как на гироскопы влияет вибрация
и даже легкие удары, их надо опускать в
бурильную колонну и извлекать из нее при
помощи троса. Гироскоп должен также
комплектоваться установкой времени, потому
что гироскопы имеют тенденцию дрейфовать
постепенно от начальной регулировки.
Поэтому желательно проводить измерения при
спуске внутрь скважины, а не при подъеме из
нее (так же, как и магнитные приборы).
На
рис. 10.33 показана компоновка рабочих частей
в гироскопическом приборе. Перед тем, как
спустить этот прибор в скважину,
направляющий визир устанавливают на
известное направление (обычно это истинный
север). Ротор приводят во вращение с
постоянной скоростью электрическим
мотором, получающим энергию от батарей или
от поверхностного источника по
кабелю.
Прибор спускают на тросе или
кабеле в бурильный инструмент и
устанавливают вблизи долота. Подобно
магнитному многоразовому прибору этот
прибор выполняет измерения в обозначенных
интервалах (рис. 10.34). Крест на каждой
фотографии — это изображение маятника,
показывающее угол и направление
искривления. Стрелка, установленная на
гироскопе, показывает направление оси
вращения.
Иногда при направленном
бурении требуется выполнить единичные
измерения в обсаженной скважине или в откры
-том стволе вблизи обсаженных скважин. В
этом случае вместо магнитного одноразового
прибора он может использовать одноразовый
гироскопический.
Обслуживание
посредством забойной телеметрии.
Преимущества фотографического
обслуживания: его простота и низкая
стоимость. Недостатки:
необходимость спуска
и
подъема прибора или все начинать
сначала в случае, если предыдущая попытка
оказалась не удачной. Чем дольше бурильный
инструмент находится в скважине, тем больше
опасность его прихвата. Прибор, который
может обеспечить в короткий срок
расшифрованную информацию (показать, что
происходит в момент измерения), хотя
первоначально может быть дорогим, в
конечном счете может уменьшить издержки
производства.
Рис.
10.34. Запись на фотопленке гироскопа
многоразового действия
610
Телеметрические приборы имеют
измерительную глубинную сборку и монитор
на поверхности, известный как считывающее
устройство. Данные о направлении скважины
должны быть преобразованы в электрические
сигналы или в сигналы пульсаций и переданы
из скважины на монитор. Одни приборы
передают эти сигналы по кабелю, другие —
посредством бурового промывочного
раствора. На буровой площадке портативные
компьютеры или микропроцессоры
преобразуют поступающие данные в читаемую
форму и показывает их на шкале прибора или
на дисплее, иногда — в виде таблицы или
графика. Круговая шкала дисплея показывает
азимут от 0 до 360°.
Глубинная часть
телеметрических приборов обычно включает
или гироскоп, или магнитометр. Гироскопы
чувствительны к вибрациям и легко
повреждаются при ударах. Поэтому гироскопы
спускают в скважины только в периоды
остановок буровых операций и извлекают
перед их возобновлением. Магнитометры
(электромагнитные приборы, которые
ориентируются по магнитному полю Земли)
могут перемещаться в бурильной колонне при
вращении долота и выполнять измерения
непосредственно в процессе
бурения.
Гироскопическая
телеметрия. Так как гироскопы
чувствительны к вибрациям и ударам,
бурильный инструмент должен простаивать,
пока любой гироскопический прибор спускают
или поднимают в скважине. Поэтому
гироскопические устройства используют во
многом как гирофотографические приборы.
Отличие состоит в том, как получают
результаты измерений. В фотографических
устройствах данные о направлении скважины
недоступны до тех пор, пока пленка не
проявлена и не проанализирована, в то время
как при гироскопической телеметрии данные
высвечиваются на поверхностном мониторе
буровой установки точно так же, какими они
извлекаются из автономного скважинного
прибора.
Простейшая гироскопическая
телеметрическая установка включает
одноразовый гироскоп и акселерометр
(устройство для определения изменения
скорости движения) для измерения
направления и искривления скважины. Так же,
как в фотографическом приборе, гироскоп
ориентируется на поверхности и спускается
в скважину в точку измерения. Однако в
отличие от фотографического,
телеметрический прибор читает направление
и угол наклона скважины посредством
электроники и передает сигналы на
поверхность по кабелю.
Один из
недостатков гироскопов — их тенденция
дрейфа от начальной установки. Трение и
другие силы замедляют
вращение
и он отклоняется от первоначальной
установки. Чем длиннее путь движения
гироскопа в скважине, тем больше
вероятность ошибок. Используя космические
технологии, разрабатывают новые типы
гироскопов, которые позволяют преодолеть
эти проблемы и увеличить точность и
достоверность гироскопического сервиса:
скоростные гироскопы и специальные
платформы.
Совместно с акселерометрами,
скоростной гироскоп чувствует разницу
между направлением ствола скважины и осью
вращения земли. Для этого случая скоростной
прибор иногда называют североуказывающим,
а полученные с его помощью данные называют
сервисом по установлению направления на
истинный север.
Распространенные
скоростные гироскопические приборы не
удовлетворяют условиям бурения на дальнем
Севере, потому что скорость вращения Земли
на высоких широтах недостаточна для
реагирования на нее гироскопа. Кроме того,
скоростные гироскопы намного
чувствительней к вибрациям, чем обычные, и
поэтому их использование в морском бурении
затруднено.
Многие измерительные
системы с указанием истинного севера
должны простаивать, пока считывают
результаты. Но устройства длительного
действия, как это подразумевает их
название, могут читать и передавать данные
о направлении скважины в период движения
вниз в скважину или вверх из
нее.
Инерциальные системы
измерения. Многоразовый гироскоп для
космической навигации назвали
инерциальной платформой, измеряющей
параметры направления в инерци-альных
измерительных системах. Инерциальная
платформа представляет собой группу из
трех гироскопов и трех акселерометров,
которая может вращаться в любом
направлении (рис. 10.35). Гироскопы держат
инерциальную платформу ориентированной
вертикально вдоль меридиана в точке
расположения скважины. Акселерометры
измеряют общее движение во всех трех
измерениях. Процессоры и компьютер
Рис.
10.35. Инерциальная платформа:
1 —
азимутальный синхронизатор; 2 — N-S
гироскоп; 3, 4 — внутренний и внешний
роликовые моторы; 5 — E-W
акселерометр; 6 — синхронизатор
наклона; 7 — азимутальный гироскоп;
8 — азимутальный мотор; 9, 13 —
внутренний и внешний роликовые подвесы;
10, 11 — внутренний и внешний
роликовые синхронизаторы; 12 —
подвес наклона; 14 — мотор наклона;
15 — N-S акселерометр; 16 — E-W
гироскоп; 17 — вертикальный
акселерометр
на поверхности
преобразуют эти данные в виде данных в
трехмерных координатах для каждой точки
измерения. Так как диаметр прибора более 254
мм, он не может быть спущен внутрь
бурильной колонны подобно другим
гироско
пическим приборам, но должен
спускаться на кабеле или на бурильных
трубах в открытый или обсаженный ствол.
Дрейф гироскопа измеряется каждый раз,
когда инструмент останавливают. Компьютер
учитывает величину дрейфа и вносит
поправку в данные измерений без ручной
перекалиб-ровки прибора.
Гироскопы не
могут быть приспособлены к вибрациям и
ударам, поэтому бурение должно быть
остановлено на несколько часов, чтобы
спустить в скважину и извлечь из нее прибор.
Однако существуют две негироскопические
телеметрические системы, которые могут
быть спущены в скважину, чтобы выполнять
измерения в процессе бурения (MWD) — это
системы измерения в процессе бурения. Одни
MWD-системы передают информацию на
поверхность по кабелю, другие —
посредством промывочной буровой
жидкости.
Кабельная телеметрическая
система. Управляющий инструмент — это
кабельный телеметрический прибор, который
измеряет искривление и направление
скважины в процессе ее углубления. Так как в
нем используется кабель, управляющий
инструмент можно применять только с
забойным двигателем, который приводит в
действие долото, когда бурильная колонна не
вращается (зафиксирована).
Управляющий
инструмент включает магнитометры, которые
продолжительно измеряют направление
скважины и ее искривление, и устройства
поверхностной ориентации. Сигналы от
магнитометров передаются по кабелю из
скважины на поверхность в компьютер,
который конвертирует сигналы и позволяет
считывать данные с дисплея. Этот инструмент
позволяет как выполнить измерения, так и
сориентировать забойный двигатель с
отклоняющим устройством для проходки
скважины по плану.
Искривляющий
инструмент изменяет курс скважины отводом
долота в одну из сторон. Эта сторона
инструмента называется «лицом».
«Лицо» искривляющего инструмента
поворачивают, его ориентируют по
направлению курса
скважины.
Телеметрия посредством
пульсаций бурового раствора. Другой
тип телеметрической системы передает
сигналы из скважины посредством
бурового раствора, позволяя
бу
рильщику получать во временной шкале
направление и дру-614 гие параметры скважины
без кабеля, и, следовательно, в периоды
работ в скважине, связанные с вращением
бурильной колонны. Как и другие
телеметрические системы, система пульсации
бурового раствора имеет два основных блока:
забойную сборку, определяющую направление
и искривление, и поверхностную сборку,
дисплей которой показывает эти данные.
Микропроцессор и передатчики в забойной
сборке конвертируют измеренные величины в
серию пульсаций давлений. Положительные
импульсы бурового раствора — серия
увеличения давления; отрицательные —
уменьшения давления. Сигналы могут быть
переданы на несущей волне подобно
радиосигналам. Компьютер на поверхности
расшифровывает сигналы и передает их для
считывания.
Термин «измерения при
бурении» часто используют как синоним
для пульсационной телеметрии. Однако MWD
применяют в более общем смысле, чтобы
обозначить любые системы измерения
забойных условий во время стандартных
буровых операций. Положительные
пульсационные системы в общем случае
используют для совместного измерения
искривления и направления, а также для
передачи информации на поверхность,
закодированной в двоичные сигналы.
Забойная сборка расположена в немагнитной
части бурильного инструмента и включают
магнитометр и акселерометр для измерения
искривления и направления. Циркулирующий
буровой раствор вращает турбину для
обеспечения энергией передатчик (рис.
10.36).
Эта система может использоваться во
вращающейся и в не-вращающейся бурильной
колонне. При роторном бурении она включает
в себя детектор вращения и сборку
устройства для измерения угла при
остановке вращения бурильной колонны.
Циркуляцию используют для привода
передатчика. Когда используют забойные
двигатели, бурение не может быть выключено;
направление, искривление и положение
«лица» ориентирующего инструмента
могут измерять непрерывно и передавать на
поверхность в продолжении циркуляции.
Другая турбинно-приводная система включает
три акселерометра и три магнитометра, и
передает отрицательные пульсации, которые
могут содержать больше данных в секунду,
чем положительные пульсации. Измерения
выполняют тогда, когда вращение
остановлено. Данные показываются на
компасе и считывающем устройстве, а также
копируются на печатающем устройстве для
дальнейшего анализа. Другие
отрицательно-пульсирующие системы
приводятся в действие при помощи
батарей.
Рис. 10.36. Турбинно-приводная
MWD-система забойных измерений:
1, 6
— защита от вибраций; 2 — привод
клапана; 3 — генератор; 4 —
электрический кабель; 5 — центратор;
7 — сенсор и электронный блок;
8 — турбина; 9 — клапан для
бурового раствора; 10 — ограничитель
перемещения клапана
Рис. 10.37. Картограмма пульсаций
давления управляющего забойного
инструмента:
1—4 — номера
сигналов
Некоторые
забойные телеметрические системы (MWD и LWD)
способны давать информацию не только о
направлении ствола. Такая пульсирующая на
буровом растворе система измеряет азимут,
отклонение, ориентацию «лица”
инструмента, нагрузку на долото, крутящий
момент, радиоактивность и
электросопротивление горных пород,
забойную температуру. Данные передаются на
поверхность при помощи несущей волны.
Не
все пульсационные системы требуют питания
электрической энергией. Полностью
механическое устройство использует
пружинный приводной механизм для измерения
отклонения. Сброшенное в циркулирующий
поток механическое устройство падает и
устанавливается в посадочное гнездо.
Восстанавливают циркуляцию буровым
насосом, чтобы послать серию пульсаций
давлений на поверхность при помощи
бурового раствора, находящегося внутри
бурильного инструмента. На поверхности эти
пульсации записываются на ленточном
самописце (рис. 10.37). Число пульсаций прямо
пропорционально углу наклона: амплитуда
замера может быть изменена. Этот
инклинометр можно использовать во
вращающейся и невращающейся системах.
Отдельный измеритель направления,
включающий в себя магнитный компас и
немагнитный корпус, используют только с
забойным двигателем.
В отечественной
практике бурения наклонно направленных
скважин чаще всего применяют
телеметрические системы типа СТ.
Использование телеметрической системы СТЭ
при электробурении позволяет непрерывно
управлять траекторией скважины в
пространстве. Глубинные датчики этой
системы размещают в корпусах диаметрами 164
и 215 мм (СТЭ 164 и СТЭ 215).
Комплект
телеметрической системы включает
следующие узлы: глубинный блок
телеметрической системы (БГТС), глубинное
измерительное устройство (УГИ), наземный
пульт телеметрической системы (ПНТС),
наземное измерительное устройство (УНИ),
присоединительный фильтр (ФП).
Схема
компоновки аппаратуры СТЭ показана на рис.
10.38. Она включает скважинное измерительное
устройство, спускаемое в скважину, и
наземное приемно-регистрирующее
устройство. Герметичный контейнер с
глубинной аппаратурой устанавливают над
электробуром. В контейнере размещают
датчики и электронные преобразователи.
Информацию передают по проводному каналу
связи на дневную поверхность. В приемном
устройстве сигналы, полученные с забоя,
преобразуются и поступают на приборы, шкалы
которых градуируют в значениях измеряемых
величин.
Телеметрическая система СТЭ
рассчитана на работу при гидростатическом
давлении до 80 МПа и температуре окружающей
среды до 100 °С. Пределы измерений параметров
забойных данных: угол наклона 0—110°, азимут 0
— 360°, угол
Рис.
10.38. Схема компоновки узлов СТЭ:
1
— вертлюг; 2 — токоприемник;
3 — ведущая труба; 4 — ротор
буровой установки; 5 — бурильная
колонна; 6 — забойная аппаратура
телеметрической системы; 7 —
электробур; 8 — механизм
искривления; 9 — долото; 10 —
станция управления и защиты электробура;
11 — пульт управления; 12 —
приемно-регистрирующее устройство
СТЭ
положения отклонителя 0 — 360°,
относительная погрешность измерений 2,5
%.
Напряжение питания скважинного
контейнера 800— 1700 В, потребляемая мощность
200 Вт.
Типоразмер телесистемы………………. |
СТЭ 164 СТЭ 185 |
СТЭ |
|
Тип |
3-133 |
3-147 |
З-171 |
Размеры, мм: |
|||
диаметр………………………………………. |
164 |
185 |
21 5 |
общая |
10 020 10 545 |
9942 |
|
длина без наружной резьбы |
9520 |
1 0045 |
951 2 |
Масса, |
900 |
800 |
1 300 |
Датчики измерения |
параметров |
скважины |
|
размещены в контейнере, |
который |
закреплен |
в корпусе. |
В контейнере
размещены датчики для измерения азимута,
угла установки отклонителя и зенитного
угла (рис. 10.39). Принцип действия датчика
азимута ДА основан на применении
магнитного чувствительного элемента в виде
стержня, устанавливающегося по направлению
магнитного меридиана. Чувствительный
элемент связан с ротором
синуснокосинусного вращающегося
трансформатора (СКВТ), работающего в режиме
фазовращателя. Компас датчика азимута
имеет груз 1 для приведения прибора
в горизонтальное положение.
Принцип
действия датчика наклона ДН основан на
применении эксцентричного груза 3, центр
тяжести которого всегда находится на
вертикали, проходящей через ось груза. С
осью груза 3 связан ротор СКВТ,
преобразующий угол поворота в фазу
выходного сигнала, пропорционального
зенитному углу скважины. Одному
механическому градусу поворота ротора
соответствует изменение фазы выходного
сигнала на 6°.
Принцип действия датчика
положения отклонителя ДПО основан на
повороте рамки с эксцентричным грузом
2 и укрепленными на ней датчиками ДА
и ДН. Груз 2 стабилизирует рамку в
апсидальной плоскости. Статор ДПО жестко
связан с электронным блоком и немагнитным
корпусом телеметрической системы. Угол
поворота рамки преобразуется
трансформатором в фазу выходного сигнала.
Одному механическому градусу
соответствует изменение фазы выходного
сигнала на 1°.
Пятидесятипериодные
сигналы, передаваемые датчиками ДН, ДПО и
ДА, имеют различную фазу (от 0 до 360°) и в
зависимости от изменений измеряемого
параметра поступают в глубинный передающий
блок. Последний осуществляет
последовательный опрос во времени
глубинных датчиков, формирует суммарный
широтно-импульсный модулированный сигнал и
передает его в токоподвод
электробура.
На базе телеметрической
системы СТЭ разработаны теле-
Рис.
10.39. Схема измерительной части
телеметрической системы СТ:
1, 3 —
эксцентрично расположенные грузы датчиков
соответственно азимута и зенитного угла;
2 — груз рамы; 4 — заданное
направление; 5 — метка отклонителя;
6, 7 — реперная ось соответственно
отклонителя и УГИ; 8 — метка «0»
УГИ; 9 — след апсидальной плоскости;
ф — проектный азимут скважины; ш — угол
смещения (угол между меткой «0» и
«лицом» отклонителя); X — угол поворота
бурильной колонны; в — угол установки
отклонителя
метрические системы типа
СТТ, предназначенные для использования при
бурении с гидравлическими забойными
двигателями (турбобурами и винтовыми
забойными двигателями). Телеметрические
системы типа СТТ выпускаются диаметрами 172,
190 и 215 мм. Разрабатываются телеметрические
системы меньших диаметров, что существенно
расширит возможности применения указанных
систем в горизонтальном и многозабойном
бурении. Связь глубинной аппаратуры с
наземной осуществляется по проводному
каналу связи сбросового типа, выполненному
в виде стандартного каротажного кабеля,
снабженного контактными разъемами.
Возможны два варианта спуска линии связи:
через уплотнение вертлюга с использованием
узла ввода кабеля в вертлюг и через
специальное устройство для ввода кабеля
(УВК) в составе бурильной
колонны.
Глубинное измерительное
устройство размещают непосредственно над
отклонителем или над отрезком УБТ,
устанавливаемым для регулирования
интенсивности изменения пространственного
положения скважины. Внутри измерительного
устройства в герметичном контейнере
размещены датчики для измерения азимута,
зенитного угла и угла установки
отклонителя, а также электронные
преобразователи для частотного
модулирования полученных сигналов и
передачи их на поверхность в виде
времяимпульсной информации. Информация
передается на поверхность по кабельному
каналу связи, сбрасываемому через
герметизирующее устройство вертлюга. В
ходе наращивания инструмента контактный
стержень извлекают на поверхность и при
дальнейшем бурении ориентирование
инструмента повторяют заново.
Наземное
оборудование телеметрической системы СТТ
включает приемно-регистрирующее
устройство, где сигналы дешифруют и
регистрируют с помощью записывающей
аппаратуры. Предварительно в глубинном
контейнере усиливают сигнал информации и
через глубинный фильтр верхних частот и
наземный присоединительный фильтр вводят в
наземный пульт телеметрической
системы.
Принцип действия скважинных
датчиков и наземной аппаратуры аналогичен
в телеметрических системах для турбинного
бурения и бурения с применением
электробуров.
В процессе бурения
скважины телеметрические системы
обеспечивают:
ориентирование
отклоняющих устройств в заданном азимуте с
учетом угла закручивания бурильной колонны
при за-буривании наклонного или
горизонтального ствола
скважины;
определение угла закручивания
бурильной колонны от реактивного момента
забойного двигателя;
постоянный
(периодический) визуальный контроль
зенитного угла, азимута и положения
отклонителя по приборам наземного пульта, а
также запись указанных параметров в
процессе бурения.
Контроль траектории
ствола скважины осуществляется путем
непрерывного измерения азимута, зенитного
угла и положения отклонителя. При этом в
процессе бурения наклонно направленных
скважин обеспечивается измерение
зенитного угла в диапазоне 0 — 55°, а при
горизонтальном бурении угол наклона к
плоскости горизонта изменяется в пределах
от —30 до +30°. Глубинная информация
передается по кабелю в наземное
измерительное устройство
УНИ.
Графическое представление
результатов измерений. Данные о
положении места измерения в скважине дают в
трехмерных координатах:
указывается истинная
вертикальная
глубина, расстояние от
места заложения скважины на север или на юг
и расстояние от места заложения скважины на
восток или запад.
Для этого необходимо
знать четыре величины:
1) угол
наклона;
2) направление;
3)
длину хода по курсу от последней
точки измерения;
4) координаты
последней точки измерения.
Каждая точка
вычерчивается относительно
предыдущей.
Ошибка в любой точке
переместит все наносимые точки на величину
этой ошибки. Ошибка накапливается — отсюда
термин «накопительная ошибка». Чтобы
сделать проверку по накопительной ошибке,
когда используют гироскоп многоразового
действия, сервисные данные нескольких
точек измерения анализируют после его
извлечения из скважины. Результаты сервиса
будут приняты, когда координаты последней
точки (на поверхности) будут очень близки к
координатам начальной
точки.
Исследования, проводимые
непрерывно, или инерциальные системы
измерения, дают координаты точек измерения
относительно начальной точки,
расположенной у поверхности, и поэтому
исключают накопительную ошибку, что
особенно важно для скважин, требующих
большой точности измерений (например,
скважины на морских платформах).
10.6. ИЗМЕНЕНИЕ КУРСА СТВОЛА
СКВАЖИНЫ
Основное требование при
бурении направленной скважины — изменять
ее курс или стабилизировать траекторию.
Чтобы углублять забой скважины в нужном
направлении, бурильщик использует
специальный отклоняющий инструмент или
модифицирует забойную компоновку
бурильного инструмента.
Отклоняющий
инструмент — это устройство в составе
бурильного инструмента для бурения под
углом к уже созданной части ствола.
Отклоняющие инструменты иногда называют
«kickoff” — инструменты, потому что они
начинают использоваться для набора
кривизны в точке «kickoff” (КОР — верхняя
точка искривления). Имеется много типов
отклоняющих инструментов, начиная от
примитивного, но надежного уипстока и
кончая современным забойным
двигателем.
Выбор инструмента зависит
от степени необходимого отклонения,
твердости пород, глубины ствола,
температуры. Наиболее важные факторы —
геологические, так как они не управляются
человеком.
Отклоняющие инструменты
заставляют долото бурить в
предпочтительном направлении, находясь в
составе бурильной колонны. «Лицо”
инструмента указывает направление, в
котором долото имеет тенденцию бурить. Оно
обычно маркируется прочерченной линией —
риской. «Лицо” инструмента должно быть
ориентировано, т.е. повернуто так, чтобы
отклонять ствол в требуемом направлении.
Важно помнить, что ориентация
направляющего инструмента не обязательно
совпадает с намеченным направлением
ствола.
Уипстоки. Первым отклоняющим
инструментом была заостренная плита из
дерева, которую устанавливали на забое
скважины, чтобы создать усилие, отклоняющее
долото в сторону. Это устройство было
названо так потому, что оно имеет сходство с
ручкой кнута (кнутовищем). Типичный
современный колонный уипсток, показанный
на рис. 10.40, изготавливают из стали. Он имеет
клиновидное вогнутое «лицо”, чтобы
отклонять вращающее долото и расположенную
напротив бурильную колонну. Он искривляет
ствол на 2 — 3° на длине 1,5 — 3,5 м.
Рис.
10.40. Колонный уипсток:
1 — пусковое
устройство; 2 — срезаемая шпилька; 3
— износостойкая «подушка” или выступ;
4 — уипсток; 5 — якорь; 6 — пакер;
7 — центрирующий ключ; 1,5 — 2,5-м патрубок;
9 — опорная заглушка
Ряд уипстоков
применяют для специальных целей.
Невос-станавливаемый уипсток, например,
может использоваться с целью обойти
предмет, упущенный в скважину. Он
оставляется на месте в скважине после того,
как отклонение выполнено.
Восстанавливаемый уипсток извлекается на
поверхность вместе с долотом.
Циркуляционный уипсток направляет
жидкость к забою ствола, чтобы вымыть шлам и
обеспечить чистое место для
инструмента.
Один из недостатков
уипстока состоит в том, что приходится
бурить скважину уменьшенного диаметра, а
это требует отдельных операций по
расширению ствола (рис. 10.41). В результате
увеличиваются затраты времени. Уипсток
может повернуться в стволе и поэтому могут
потребоваться действия по ориентации, пока
он не будет установлен правильно.
Другой
недостаток уипстока состоит в том, что
можно пройти за 1 раз лишь 5 — 7 м ствола
скважины. Поэтому уипсток был вытеснен
более сложными направляющими
инструментами и теперь используется только
в необычных ситуациях.
Долота с
отклоняющей насадкой. Если горные породы
достаточно мягкие, то для отклонения ствола
скважины могут использоваться долота с
отклоняющей насадкой. Стандартная шарошка
долота заменяется устройством с насадкой
большого диаметра. «Лицом» долото
(сторона долота с насадкой увеличенного
диаметра) ориентируют в необходимом
направлении, включают насосы и бурильную
колонну медленно то опускают, то
приподнимают без вращения на расстояние
около 3 м от забоя. Эти действия приводят к
одностороннему вымыванию породы (рис. 10.42).
При вращении и создании нагрузки долото
будет направляться по пути наименьшего
сопротивления — в размытую область. При
высоких нагрузках бурильный инструмент
продолжит изгибаться и процесс ведут до тех
пор, пока не будет достигнут нужный угол
искривления ствола.
Забойные
двигатели. Наиболее часто в качестве
отклонителей используют забойные
двигатели, которые имеют некоторые
преимущества перед более сложными типами
отклоняющих инструментов. Забойный
двигатель бурит скважину полным профилем,
так что не требуются ни ее последующее
расширение, ни ее калибровка. Его можно
использовать для многократных отклонений
без извлечения из скважины, исправлять курс
после начала искривления, бурить под мосты
и очищать забой от выбуренного шлама перед
началом отклонения. Он функционирует без
вращения бурильной колонны. 624
Рис.
10.41. Операции по отклонению ствола скважины
уипстоком:
а — забуривание в
сторону; б — расширение ствола
Он
также бурит эффективно при высоких
частотах вращения (300—1000 об/мин), сравнимой
с обычной скоростью (50— 150 оборотов в
минуту).
Винтовой двигатель — один из
типов гидравлического двигателя, который
приводится в действие потоком промывочной
жидкости (бурового раствора, воды или
воздуха), подава-
Рис.
10.42. Отклонение ствола скважины
гидромониторным долотом с эксцентричной
насадкой
емой через бурильную
колонну. Его основными двумя частями
являются неподвижный статор и вращающийся
ротор. Нагнетаемая буровая жидкость
протекает между резиновым спиральным
статором (корпусом) и винтообразным р
отором, вынуждая ротор вращаться и
передавать мощность потока буровой
жидкости на долото. С помощью перепускного
клапана открывается байпас, когда нет
циркуляции и избыточного давления внутри
колонны, и буровая жидкость, минуя
гидравлический двигатель, заполняет
пространство за бурильным инструментом.
Когда запускают насос, клапан закрывается и
направляет весь поток жидкости через
забойный двигатель. После запуска
двигателя долото опускается на забой.
В
винтовом двигателе вращающий момент
пропорционален потере давления в нем, т.е.
чем выше перепад давления, тем больше
вращающий момент. И наоборот, по мере
увеличения нагрузки на долото
циркуляционное давления повышается, в
результате чего при чрезмерных нагрузках
на долото двигатель может остановиться,
поэтому соотношение между давлением
нагнетания и нагрузкой на долото должно
быть определенным. Бурильная колонна не
должна вращаться, пока бурится отклоняемый
участок. Допускается медленное вращение,
когда проходится прямой участок
скважины.
Другой по принципу действия
тип гидравлического двигателя — забойная
турбина, функционирующая только с жидкими
промывочными агентами, такими как буровой
раствор или соленая вода. Забойный
турбинный двигатель включает набор
лопаточных роторов и статоров. Статоры
неподвижно закреплены на корпусе, а роторы
— на вращающемся валу. Каждая пара ротор —
статор называется ступенью. Типичный
двигатель имеет 75 ступеней или более.
Статоры направляют поток бурового раствора
на лопаточные роторы, принуждая ротор и вал
вращаться вправо.
Собственно
стандартный забойный двигатель не является
отклоняющим инструментом. Чтобы отклонить
скважину, устанавливают в бурильном
инструменте между бурильной колонной и
двигателем кривой переводник. Кривой
переводник представляет собой короткий
отрезок трубы с внутренней и внешней
замковыми резьбами, оси которых
пересекаются под углом 1—2,5° (рис. 10.43).
«Лицом” забойного инструмента в сборе с
двигателем является направление
искривления переводника, которое обычно
маркируется риской для точной
установки.
Вместо кривого переводника
иногда используют искривленную в
определенном месте толстостенную
бурильную трубу. Забойный двигатель может
быть скомпонован с отклонителем, оси резьб
которого пересекаются над углом 1—2° (см.
рис. 10.43), а также с различными
эксцентричными
устройствами.
Отклонитель Р-1 (рис. 10.43,
•), изготовляется из отрезка УБТ длиной 4 — 8
м, на концах которого нарезаны
присоединительные резьбы с перекосом в
одной плоскости и в одном направлении. Угол,
образуемый осью трубы и осью нижней
присоединительной резьбы, составляет 2 — 3°,
а угол, образуемый осью трубы и осью верхней
присоединительной резьбы, равен 2°
— 2°30′. Отклонитель
устанавливают между
забойным
двигателем и УБТ. Он позволяет набрать
кривизну до 90°.
Отклонитель, состоящий
из забойного двигателя с накладкой и
кривого переводника рекомендуют применять
в тех случаях, когда непосредственно над
кривым переводником устанавливают обычные
бурильные трубы. Этот отклонитель
действует подобно отклонителю Р-1 (рис. 10.43,
,).
Эксцентричный ниппель представляет
собой отклонитель, выполненный в виде
металлической опоры, приваренной к
Рис.
10.43. Устройства для отклонения
скважины:
а — к ривой переводник;
• — отклонитель Р-1; , — комбинированный
отклонитель, включающий турбобур с
накладкой и кривой переводник; ,, —
эксцентричный ниппель
ниппелю
турбобура 2 (рис. 10.43, „). Применяют этот
отклонитель при бурении в устойчивых
породах, когда отсутствует опасность
прихвата бурильной колонны.
Упругий
отклонитель (рис. 10.44, а) состоит из
специальной накладки и резиновой рессоры.
Накладка приварена к ниппелю турбобура и
работает совместно с резиновым элементом.
Используют такой отклонитель при бурении в
неустойчивых породах.
При использовании
на криволинейных участках секционных
турбобуров для изменения кривизны
применяют кривой элемент для соединения
секций турбобура друг с другом под углом до
2°. Это обеспечивает несоосную передачу
вращаю-
Рис.
10.44. Отклонители для турбобуров:
а
— упругий отклонитель: 1 — турбобур;
2 — отклонитель; 3 — резиновая
рессора; 4 — долото; б — кривой
элемент: 1 — соединительная муфта; 2
— наставка; 3 — венец муфты, 4 —
стальной шар, 5 — нижняя муфта
щего
момента и осевой нагрузки от верхней секции
к нижней. В качестве соединительного
элемента корпусов используют кривой
переводник, а валы турбобуров соединяют при
помощи муфты (рис. 10.44, •). Отклонитель
турбинный ОТ (рис. 10.45) отличается от
турбобура тем, что в его состав входит
искривленный переводник, установленный
между
Рис.
1 0.45. Отклонитель
турбинный ОТ:
1 —
корпус; 2, 4 —
вал
соответственно верхней и нижней
секции; 3 —
регулировочное
кольцо; 5 —
полукольцо; 6 —
переводник; 7 — опора; 8 — пробка; 9 —
шарик; 10, 12, 13
— уплотнительное,
специальное
и упорное кольцо соответственно; 11 —
втулка
Den.
10.46. DaaoeoTDfDe ТоёёТГёоаёи OD20-195OI
ниппелем и
корпусом турбобура, и разрезной вал.
Вращающий момент и нагрузка на долото от
одного отрезка вала к другому передаются
при помощи шаровой пяты, которая
соединяется с валами при помощи
конусов.
Отклонитель турбинный ОТС
аналогичен отклонителю ОТ, но
устанавливается между секциями
двухсекционного турбобура, что позволяет
бурить скважины в зонах набора кривизны с
повышенными технико-экономическими
показателями.
Наиболее совершенный из
них разработанный во ВНИ-ИБТ редукторный
отклонитель ТР-2Ш-195ТО (где 195 — диаметр
отклонителя в мм). Он состоит (рис. 10.46) из
турбинной 1 и шпиндельной 11 секций,
корпуса которых соединены кривым
переводником 7, а валы — кулачковой муфтой 8.
В турбинной секции размещен многорядный
планетарнофрикционный редуктор, каждый ряд
которого включает статор 3, ротор 4, три шара
5 и водило 6. Вал турбинной секции
снабжен независимой подвеской 2. В
шпиндельной секции размещена
комбинированная осевая опора, состоящая из
многорядного радиально-упорного
подшипника 10 и пяты-сальника 9.
10.6.2.
ОРИЕНТИРОВАНИЕ ОТКЛОНИТЕЛЕЙ
Бурение
наклонной скважины по заданному профилю
возможно в том случае, когда отклонитель
точно ориентируется в проектном азимуте.
Ориентировать отклонитель можно в процессе
спуска бурильной колонны путем контроля за
положением после навинчивания каждой свечи
— ориентированный спуск (так называемый
прямой метод) и после спуска бурильной
колонны с использованием специальных
приборов, фиксирующих положение плоскости
искривления отклонителя («лица”) по
отношению к плоскости искривления скважины
(забойное ориентирование или косвенный
метод). Следовательно, ориентированный
спуск бурильной колонны можно применять
при любом значении зенитного угла, а
забойное ориентирование — в тех случаях,
когда скважина имеет такой зенитный угол,
при котором с достаточной точностью
фиксируется положение плоскости скважины
(обычно а > 5°). Забойное
ориентирование осуществляется быстрее и
проще, поэтому при а > 5°
ориентированный спуск бурильной колонны
применять не следует.
Рис.
10.47. Шаблоны для нанесения меток на
бурильные трубы:
а — с уровнем:
1 — уровень; 2 — шаблон; 3 —
бурильная труба; б — ОБШН: 1 —
уголок; 2 — уровень
Ориентированный
спуск бурильной колонны осуществляется
несколькими способами, из которых большое
распространение вследствие простоты и
достаточной для практической цели точности
получил «метод меток”.
Методика
ориентированного спуска сводится к
следующему. Перед началом спуска на каждую
бурильную трубу наносят метки, располагая
их по одной образующей. Для этого применяют
специальные шаблоны: шаблон с уровнем,
предложенный А.М. Григоряном (рис. 10.47, а), или
шаблон ОБШН (рис. 10.47, •).
Бурильную трубу
выкатывают на мостики и на один из замков
устанавливают шаблон ОБШН. Перемещая
шаблон вокруг оси бурильной трубы,
совмещают пузырек уровня с центральными
делениями на пробирке. В этот момент вдоль
скоса, размер которого соответствует
размеру данной трубы,
Рис.
10.48. Приспособления для ориентированного
спуска бурильной колонны:
а —
угломер; б — шаблон для сноса меток:
1 — ротор; 2 — элеватор; 3 —
бурильная труба; 4 — шаблон с рукояткой;
5 — метка; 6 — шнур; 7 —
отвес
прочерчивают линию. Затем шаблон
переносят на другой замок трубы, следя за
тем, чтобы положение трубы было неизменным.
Шаблон снова устанавливают с той же стороны
от оси трубы и повторяют ту же операцию.
Операции с шаблоном Григоряна производят
аналогично описанному выше, только линию
прочерчивают по среднему острию шаблона. По
прочерченным линиям секачом или путем
наварки наносят метки. Все другие метки на
трубе должны быть ликвидированы.
На
буровой нужно иметь столько труб с метками,
сколько требуется их для спуска до глубины
искривления, и дополнительно семь — восемь
труб для наращивания в процессе
работы.
До начала ориентированного
спуска необходимо также двумя реперами
(колышками) вне скважины отбить направление
проектного азимута искривления ствола
скважины.
Для удобства работы это
направление следует зафиксировать на
неподвижной части ротора.
Собирают низ
бурильной колонны: долото, турбобур и
отклонитель. При турбобуре, установленном в
клиньях или на элеваторе, плоскость
действия отклонителя ориентируют по
заданному азимуту, пользуясь
зафиксированной меткой на роторе. Во время
спуска колонны в скважину на нижнем замке
бурильной трубы, навинченной на
отклонитель и закрепленной машинными
ключами, наносят крестовую метку точно
против риски, имеющейся на поверхности
отклонителя. При помощи угломера (рис. 10.48, а)
измеряют величину дуги между меткой,
находящейся на замке бурильной трубы, и
вновь намеченным крестом (в направлении от
метки к кресту).
После спуска на верхнем
замке бурильной трубы (свечи) от метки в ту
же сторону откладывают замеренную величину
дуги и наносят новый крест. Навинтив и
закрепив машинными ключами следующую трубу
(свечу), на ее нижнем замке точно против
креста на нижней трубе ставят крест и
измеряют величину дуги между меткой и вновь
нанесенным крестом. Эту величину переносят
на верхний замок (свечи), снова ставят крест
и т.д.
Крест на верхнем замке последней
трубы (свечи) укажет направление
отклонителя в скважине.
После
навинчивания и закрепления машинными
ключами ведущей бурильной трубы положение
одного из ее углов (рис. 10.48, б) сносят
мелом на неподвижную часть стола ротора при
помощи шаблона. Другим таким же шаблоном, не
изменяя положения бурильной колонны, на
неподвижную часть стола ротора сносят
также положение креста с верхнего замка
свечи. Затем стальной рулеткой измеряют
расстояние между этими метками в
направлении от первой ко второй. После
этого метки стирают. Бурильную колонну
спускают так, чтобы можно было заложить и
закрыть малые вкладыши ротора. На
неподвижную часть ротора вновь сносят
положение того же угла ведущей бурильной
трубы. От полученной метки откладывают
ранее замеренное расстояние (в ту же
сторону). Эту метку, указывающую положение
плоскости отклонителя, переносят на
подвижную часть ротора. Поворачивая ротор
по ходу часовой стрелки, отклонитель
устанавливают в требуемом положении и
ротор запирают. Чтобы снять упругие
деформации кручения в бурильных трубах,
бурильную колонну несколько раз
приподнимают на 2 — 3 м и
опускают.
Описанный метод
ориентированного спуска отклонителя может
быть использован не только для первого
спуска, но и
всех последующих. Для
определения положения
отклонителя на забое при втором
и последующих
спусках при
помощи крестовых меток фиксируют,
насколько не сходятся ранее нанесенные
кресты на замках смежных
труб
(свечей). Величину
расхождения крестов в нарастающем порядке
откладывают на полоске бумаги от
произвольной отметки «нуль”. Справа —
перевороты, слева — недовороты (рис.
10.49).
После окончания спуска бурильной
колонны по полоске бумаги определяют
разность переворотов и недоворотов.
Величину
Рис. 10.49. Схема фиксирования
недохода и перехода методик через условный
нуль этой разности, когда переворотов
больше, чем недоворотов, откладывают по
дуге от креста замка верхней трубы против
хода часовой стрелки и сносят эту отметку
на ротор. В случае превышения недоворотов
величину разности откладывают по дуге
замка по ходу часовой стрелки и сносят эту
метку на ротор.
Во время подъема
бурильные свечи устанавливают за палец в
той же последовательности, в какой они были
в скважине.
При наращивании колонны в
процессе бурения на вновь спускаемых
трубах набивают кресты и отклонитель
ориентируют так же, как указывалось
выше.
Забойное
ориентирование отклонителя
В наклонную
скважину, имеющую наклон
более
5°, бурильную колонну можно спускать так же,
как и в обычную вертикальную скважину. В
этом случае отклонитель на забое
ориентируют в нужном направлении по
способам Шаньгина — Кулигина, Амбарцумова,
Лошкарева — Мяникокса или при помощи
инклинометра ЗИ-1 в сочетании с трубами,
изготовленными из материалов со слабо
выраженными магнитными свойствами (их
часто называют немагнитными трубами).
Наиболее распространенными способами
забойного ориентирования отклонителей
являются способы Шаньгина — Кулигина и
Амбарцумова. Сущность этих способов
заключается в сопоставлении данных
искривления ствола скважины по показаниям
инклинометра и показаниям специального
аппарата.
Аппарат Шаньгина — Кулигина
(рис. 10.50, а) состоит из двух основных частей:
желонки 2 и стального стакана 3,
соединяемых при помощи резьбы. На желонке
имеется дужка 1 для прикрепления
аппарата к тросику. К стальному стакану
крепится корпус 8, на нижнем торце которого
имеется свинцовая печать 9. В
цилиндрическую полость корпуса 8
вставляют стеклянный стаканчик 5 с
налитым в него 50%-ным раствором плавиковой
кислоты. Стаканчик закрывают резиновой
пробкой 4. Для более плотной посадки
стаканчика в полость корпуса применяют
резиновые прокладки 6 и 7. Для проверки
отсутствия радиальных перемещений
стаканчика в процессе измерения на его
стенке и торце корпуса наносят
риски.
Ориентирование инструмента по
способу Шаньгина — Кулигина заключается в
определении положения отклонителя
Рис.
10.50. Аппарат Шаньгина — Кулигина и
приспособления для работы с ним:
а
— аппарат; б — замок (2) с вваренными
косыми ножами (1); , — шаблон для определения
верхней точки следа
мениска
относительно плоскости
кривизны скважины в нижней части
ствола.
Для этого в отклонитель
вваривают так называемые ножи —
продолговатые пластинки (рис. 10.50, •), с
одной стороны имеющие зубья пилообразной
формы. Два ножа устанавливают строго
параллельно плоскости действия
отклонителя, причем наклонная часть зубьев
должна быть обращена в сторону отклонителя.
Положение отклонителя на забое при помощи
аппарата Шаньгина — Кулигина определяют в
следующем порядке.
После того как вся
бурильная колонна опущена на забой, ее
несколько раз поднимают и опускают на 3 — 4
м. Все замковые соединения при спуске
следует крепить двумя машинными ключами.
Заряженный аппарат спускают на канате в
бурильную колонну до посадки его на ножи.
Посадку производят осторожно во избежание
сильного удара.
На ножах аппарат
Шаньгина — Кулигина оставляют в покое в
течение 10—15 мин. За это время плавиковая
кислота оставляет отметку на стенках
стаканчика, а зубья ножей оставляют
отпечаток на свинцовой печати. Аппарат
поднимают, обмывают, осторожно
развинчивают и, не вынимая стеклянного
стаканчика, выливают плавиковую кислоту,
после чего промывают стаканчик водой. После
проверки сохранения положения стаканчика
относительно гнезда, наличия следа мениска
на стаканчике и следа ножей на печати
расшифровывают показания следующим
образом.
На стеклянный стаканчик
надевают специальный шаблон (рис. 10.50, ,), с
помощью которого определяют положение
верхней точки следа мениска плавиковой
кислоты на стенке пробирки. Стеклянный
стаканчик с шаблоном вставляют в корпус
аппарата таким образом, чтобы метки, ранее
нанесенные на стеклянный стаканчик и
корпус аппарата, совпали.
Корпус
аппарата Шаньгина — Кулигина вставляют в
приспособление для расшифровки (рис. 10.51).
Это приспособление состоит из корпуса 3,
представляющего собой металлический
стакан с визирным крестом 5 и конусом 2,
имеющим на переднем торце указатель 1, а на
заднем торце азимутальную шкалу с
делениями от 0 до 360°. Нониус может
перемещаться в осевом и радиальном
направлениях по отношению к корпусу. Вращая
корпус приспособления вокруг корпуса
аппарата, устанавливают указатель
визирного креста так, чтобы он был
параллелен отпечаткам ножей. Риска на
корпусе должна быть нанесена со стороны
вершин треугольников отпечатка. Корпус
аппарат винтом 4 закрепляют в корпусе
приспособления для расшифровки. Путем
осевого и радиального перемещений нониуса
указатель последнего устанавливают так,
чтобы его острие совпадало с гранью
вспомогательного окна, имеющего риски, т.е.
с линиями, проходящими через высшую и
низшую точки следа мениска. Против риски на
корпусе приспособления по шкале нониуса
читают величину угла, на которую нужно
повернуть бурильную колонну, чтобы
отклонитель установился в плоско-
Рис.
10.51. Приспособление для расшифровки
показания аппарата Шаньгина —
Кулигина
сти существующего наклона
скважины, т.е. по тому же азимуту.
Угол
поворота бурильной колонны по ходу часовой
стрелки с учетом угла закручивания
бурильных труб от реактивно-
195
180 165
Рис. 10.52. Картограмма для
корректировки азимута траектории
скважины
го момента турбобура и угла
установки отклонителя в случае
необходимости изменения азимута,
подсчитывают по фор -муле (рис. 10.52):
в =
± ау + ф + фо,
где ау — угол
установки отклонителя, градус; ф — угол п р
о-читанный по шкале нониуса прибора для
расшифровки, т.е. угол между положением
ножей и фактическим искривлением скважины,
градус; ф0 — угол закручивания
бурильной колонны от реактивного момента
турбобура в направлении, обратном движению
часовой стрелки, градус.
Обычно при
практических работах принимают величину
угла закручивания, равной 3 и 5° на каждые 100
м длины 168-и 141-мм бурильных труб (считают,
что скручивание происходит при длине
бурильных труб не более 1000—
1500
м). Знак плюс применяют для
случая, когда необходимо увеличить
значение азимута скважины, а знак минус —
при уменьшении этой величины. После того
как подсчитают значение угла поворота
инструмента в, навинчивают и крепят ведущую
бурильную трубу, исправляют положение
бурильной колонны (совмещением меток на
бурильной колонне и корпусе
ротора).
Направление угла ведущей
бурильной трубы отмечают на роторе. Ведущую
бурильную трубу пропускают вниз, вставляют
вкладыши. Бурильную колонну поворачивают
ротором на требуемый угол. Для этого
предварительно переводят угол (в градусах)
в длину дуги по окружности стола ротора (в
см)
S = гр/57,3,
где r — радиус
окружности стола ротора, см; в — угол
поворота бурильной колонны,
градус.
Подсчет всех углов и поворот
бурильной колонны производят по
направлению движения часовой
стрелки.
Ориентирование по способу
Амбарцумова отличается от способа Шаньгина
— Кулигина только конструкцией аппарата.
Он представляет собой эксцентричный груз
(рис. 10.53). Этот эксцентричный груз прибора,
вращаясь вокруг проволоки, на которой его
спускают в скважину, всегда располагается в
плоскости искривления скважины. При этом
плоскость, проходящая через центр
проволоки и отметку, нанесенную на корпусе
прибора, будет азимутом искривления
скважины. К нижней части цилиндра
внутренней резьбой присоединяется крышка.
В нижней части крышки находится свинцовая
печать. Для измерения аппаратом кривизны
скважины в стаканчике имеется отверстие
для пробирки. Для пропуска проволоки в
верхней части корпуса прибора находится
отверстие и для ее закрепления в средней
части — ушко. Отверстие на корпусе служит
для пропуска в него стержня при
отвинчивании или навинчивании крышки.
Операция с аппаратом Амбарцумова по
определению положения отклонителя
аналогична описанным выше операциям с
аппаратом Шаньгина—Кулигина. Для
расшифровки показаний аппарата
Амбарцумова может быть применено
приспособление для
Рис. 10.53. Аппарат
Амбарцумова:
1 — эксцентричный
груз; 2 — т рос;
3 — стакан; 4 —
печать
расшифровки (см. рис. 10.51).
Все
операции по расшифровке аналогичны
описанным. Только в этом случае указатель
нониуса устанавливают против риски на
корпусе аппарата Амбарцумова, а на шкале
нониуса читают величину угла доворота по
ходу часовой стрелки для совмещения
плоскости действия отклонителя с
плоскостью искривления
скважины.
Измерять кривизну и азимут
ствола скважины, производить забойное
ориентирование отклонителя можно при
помощи инклинометра в сочетании с
немагнитными трубами. Немагнитные трубы
выпускают диаметрами 168 и 194 мм, длиной свыше
4,0 м с толщиной стенки 11 — 12, 20 и 30 мм.
Для
бурения наклонных скважин диаметром 190 мм
рекомендуется применять трубы диаметром 168
мм с толщиной стенки 30 мм. В качестве
немагнитных труб могут бы ть использованы
ЛБТ.
Ориентирование при помощи
инклинометра ЗИ-1 и немагнитных труб
производят следующим образом. Над
отклонителем навинчивают немагнитные
трубы, имеющие на концах обычные стальные
замки для присоединения к отклонителю и
обычным стальным трубам. Бурильную колонну
спускают в скважину. Инклинометр ЗИ-1 с
удлинителем со свинцовой печатью спускают
в скважину и ставят на ножи. На ножах
инклинометр выдерживают 3 — 5 мин, осторожно
снимаю с них и поднимают на поверхность.
Далее производят необходимые
определения.
В последние годы у нас и за
рубежом ведутся интенсивные работы по
созданию комплекса приборов, позволяющих
беспрерывно наблюдать за пространственным
положением забоя скважины, в частности
системы MWD и LWD.
Забойные двигатели
развивают реактивное усилие, т.е. имеют
тенденцию поворачивать бурильную колонну в
направлении, противоположном вращению
долота. Когда статор отклоняет буровой
раствор вправо, тогда появляется
реактивная сила, стремящаяся повернуть сам
статор влево. Бурильная колонна
закручивается от действия этой силы, причем
степень закручивания зависит от типа
разбуриваемых пород, от мощности на долоте
и т.д., в результате чего бурение
осуществляют в неправильном направлении.
Бурильщик устанавливает опытным путем, как
надо компенсировать действие реактивной
силы. Общие рекомендации такие: при бурении
в мягких породах бурильная колонна
закручивается на
3 — 3,5° на каждые 100 м
длины, а при бурении в твердых породах — на
1,5 — 2° на каждые 100 м длины колонны. Другими
словами, «лицо» забойного двигателя
надо повернуть вправо на 1,5 — 3,5° на каждые
100 м длины колонны от требуемого
направления ствола. Тогда после пуска
забойного двигателя в работу и нагружения
долота реактивная сила повернет инструмент
назад и он займет правильное положение для
бурения в нужном направлении.
Забойные
отклоняющие устройства часто используют в
комбинации с управляющим инструментом (рис.
10.54). Инструмент спускается внутрь
немагнитной бурильной сборки на кабеле. На
поверхности кабель пропускается через
промывочную головку, пока колонна
бурильных труб не вращается, которая
используется вместо рабочей трубы.
Инструмент необходимо извлекать на
поверхность, когда наращивается труба к
бурильной колонне. Обычно после двух-трех
наращиваний и извлечений инструмента его
необходимо переориентировать.
При
использовании переводника с боковым входом
у бурильщика появляется возможность
наращивать бурильную колонну без
извлечения управляющего инструмента.
Вблизи поверхности кабель пропускают через
этот переводник на внешнюю поверхность
бурильной колонны, где он не подвергается
воздействию при наращивании бурильных труб
и не 644
Рис. 10.55. Ориентирующая
сборка:
1 — инструментальная
цилиндрическая сборка; 2 —
ориентирующий переводник; 3 —
ориентирующий ключ;
Рис.
10.54. Общая схема взаимодействия элементов
управляемого направленного
бурения:
1 — забойный двигатель;
2 — кривой переводник;
3
— специальный ориентирующий
переводник;
4 — сервисный
инструмент управления; 5 — кабель к
поверхностным приборам; 6 — кабельный
барабан; 7 — коллектор
4
— устройство с косым срезом; 5 —
втулка; 6 — стингер
может быть
поврежден и порван в этом случае. Однако при
отвинчивании рабочей трубы с
использованием клиньев надо остерегаться
закручивания или порыва кабеля
клиньями.
Сенсоры погружного
инструмента передают данные непрерывно по
кабелю на поверхностный монитор. Оператор
может непрерывно считывать информацию об
ориентации «лица» направляющего
инструмента так же, как и азимут и зенитный
угол ствола скважины. Он может
компенсировать реактивную силу, сохранить
направление ствола и при необходимости
изменить курс без извлечения бурильной
колонны или перерыва в бурении.
К п р ям о
м у о р и е н т и р ов а н и ю относят все
методы, когда определяют угол наклона и
направление скважины в момент определения
направления «лица» инструмента. Так, в
зарубежной практике специальный
переводник (рис. 10.55) устанавливают как
можно ближе к долоту; когда используют
забойный двигатель, его устанавливают
между кривым переводником и первой
немагнитной трубой. Внутри переводника
находится втулка с фиксирующим пазом —
специальным ключом. Фотографический
управляющий сервисный инструмент
объединен со специальным устройством и
забойным стингером. Внутри инструмента
имеется линия ориентирования, которая
проведена в соответствии с дорожкой
ключа.
Когда инструментальная сборка
достигает немагнитной части колонны,
стингер входит в специальную втулку, при
этом специальное устройство на
инструментальной сборке входит в
зацепление со специальным ключом,
выступающим из втулки. Скошенная кромка
специального устройства поворачивает
инструментальную сборку так, что она
правильно совмещается с ключом и входит
внутрь дорожки ключа.
Ориентирующая
линия автоматически соответствует
«лицу» инструмента. Когда
сэкспонирован фотографический диск, он
записывает не только угол наклона и
направление ствола скважины, но также
направление лица отклоняющего инструмента
(рис. 10.56).
Если отклоняющий инструмент
посажен лицом неправильно (как это часто
происходит), он должен быть приподнят над
забоем, повернут, снова посажен вниз, после
чего снова приступают к сервисным
действиям. Процесс повторяется до тех пор,
пока инструмент не займет необходимое
положение.
Управляющие инструменты
экономят время, так как позволяют
ориентировать отклоняющий инструмент, не
прерывая процесс бурения. Постоянная
информация на поверхности показывает не
только зенитный угол и азимут ствола
646
Рис.
10.56. Прямой метод ориентирования путем
одноразового магнитного измерения в
скважине
скважины, но также
ориентацию «лица» инструмента. Когда
углубление осуществляют при помощи
забойных двигателей, бурильщик следит за
передающимися на поверхность данными и
регулирует ориентацию «лица»
инструмента посредством поворота стола
протора на несколько градусов влево или
вправо.
При к о с в е н н о м м е т о д е
ориентации отклоняющий инструмент
ориентируют по отношению нижней стенки
ствола, которая определена измерением
направления перед спуском инструмента в
скважину. Ствол должен быть искривлен
минимально на 2 — 3° (в зависимости от
используемого инструмента) для точного
ориентирования. В косвенном методе
ориентирования также инструмент приводят в
соответствие с «лицом» отклоняющего
устройства при помощи специальной сборки.
Когда отклоняющее устройство примет на
забое правильное положение и
фотографический диск сэкспонирован и
проявлен, он показывает направление лица
отклоняющего устройства относительно
направления скважи-
I
Рис.
10.57. Ориентирование косвенным
методом
ны (рис. 10.57). В приведенном
примере отклоняющее устройство направлено
«лицом» под углом 125° против часовой
стрелки по отношению к направлению ствола.
Так же как и в прямом методе ориентирования,
процесс повторяется до тех пор, пока
«лицо» отклоняющего устройства не
установится в требуемом направлении.
Ориентирование отклоняющего
инструмента с помощью телеметрической
аппаратуры СТ
Работы по
ориентированию отклоняющего инструмента
аналогичны при использовании
телеметрических систем СТЭ и СТТ. Ниже
рассмотрена типовая схема операций при
ориентировании отклоняющих компоновок в
вертикальных и наклонных скважинах.
До
сборки отклонителя с телеметрической
системой на нижнем переводнике ее корпуса
строго на верхней образующей наносится
метка «0», соответствующая нулевому
показанию ДПО. После сборки отклонителя
метка с верхнего переводника отклонителя
переносится на нижний переводник
телеметрической системы. Измеряется угол ю
от метки, показывающей направление изгиба
отклонителя, до метки «0»
телеметрической системы по направлению
движения часовой стрелки, если смотреть
сверху вниз (см. рис. 10.39).
Положение
отклонителя в скважине с помощью
телеметрической системы может
контролироваться двумя способами,
дополняющими друг друга и обеспечивающими
в совокупности контроль положения
отклонителя на участке скважины с любым
зенитным углом.
На участках ствола
скважины с зенитным углом более 3°
положение отклонителя контролируется с
использованием датчика, чувствительного к
вектору гравитации. Угол измеряется в
плоскости, перпендикулярной к оси скважины,
и отсчитывается от вертикальной плоскости,
проходящей через касательную к оси
скважины. На вертикальных участках
скважины показания этого датчика
становятся неопределенными. Угол положения
отклонителя измеряется в этом случае путем
суммирования сигналов датчика азимута и
датчика положения отклонителя в
горизонтальной плоскости. Угол
отсчитывается от магнитного
меридиана.
При ориентировании
отклонителя в стволе скважины с зенитным
углом более 3° проводятся следующие
измерения (рис. 10.58):
определяют сумму
заданного угла установки отклонителя и
угла смещения меток «Отклонитель» и
«0», т.е. А = вз + ю, где вз —
заданный угол установки отклонителя; ю —
угол смещения меток «Отклонитель» и
«0»;
поворотом бурильной колонны
достигают показаний цифрового индикатора
«Отклонитель», равных ранее
вычисленному значению угла А (если угол А
> 360°, то из него нужно вычесть
360°);
бурильную колонну необходимо
поворачивать по направлению движения
часовой стрелки;
после поворота для
снятия упругих деформаций колонны
несколько раз приподнимают ее и опускают,
контролируя по индикатору
«Отклонитель» полученное значение (в
случае его изменения поворотом колонны
достигают нужных показаний).
Для
ориентирования отклонителя в вертикальном
стволе скважины необходимо выполнить
следующее (см. рис. 10.58): определить сумму
заданного азимута и измеренного угла
Рис.
10.58. Схема ориентирования отклонителя при
помощи телеметрической аппаратуры:
$
— при А > 360°; • — при А < 300°; 1
— метка “0” УГИ; 2 — заданное
направление; 3 — метка отклонителя; 4 —
апсидальная плоскость
смещения меток
«Отклонитель» и «0», т.е. А =
вз + ю, где вз — заданный азимут
искривления ствола скважины, ю — угол
смещения меток «Отклонитель» и
«0»;
установить тумблер АО (азимут
отклонителя) на наземном пульте в верхнее
положение;
поворотом бурильной колонны
добиться показаний индикатора
«Отклонитель», равных полученному
значению А (в процессе бурения поддерживать
указанные показания индикатора
«Отклонитель»);
после набора
зенитного угла по метке 3 тумблер АО
выключить и дальнейшее ориентирование
отклонителя производить для условий
наклонной скважины.
Телеметрическая
система для ориентирования отклоняющей
компоновки при бурении дополнительных
стволов из эксплуатационных колонн
(ЭТО-2)
Для контроля процесса набора
зенитного угла в заданном направлении при
бурении дополнительных наклонных и
горизонтальных стволов из
эксплуатационных колонн во ВНИИБТ
разработаны малогабаритные
телеметрические системы с
электропроводным каналом связи — ЭТО-1 и
ЭТО-2. Телесистемы предназначены для
измерения угла закручивания бурильной
колонны и контроля угла установки
отклонителя в процессе
бурения.
Телесистема ЭТО-2 позволяет
также проводить измерения зенитного угла
ствола скважины в процессе бурения.
Телесистема состоит из спускаемого на
трехжильном геофизическом бронированном
кабеле измерительного зонда 5 (рис. 10.59),
имеющего на нижнем конце направляющую
планку 6, и наземного измерительного
устройства 1.
Применение ее
предусматривается с использованием
специального переводника 9 для пропуска
кабеля 2 внутрь бурильной колонны, а
также установочного переводника 7 типа
«Зенит», который размещается над
отклонителем и имеет специальный,
ориентированный с меткой отклонителя паз,
служащий для фиксации измерительного зонда
5 через планку 6. Телесистема
используется в комплексе с
предохранительными переводниками для
крепления и предохранения наружной части
кабеля от повреждений при спуске
переводника 9 внутрь кондуктора и
съемными грузами 3, устанавливаемыми над
измерительным зондом 5. Число их
определяется необходимой скоростью спуска
зонда на забой.
Техническая
характеристика
Глубина спуска (в
зависимости от длины кабеля), м………………..0
— 3000
наземной части Масса, кг:
с батареями…………………………
с
источником питания………
Напряжение
электропитания, В:
забойной
части (без грузов, направляющих планок
и
кабельного ввода)
наземной части:
Потребляемая мощность, Вт.
от батарей.
от
сети.
2,5
1 ,5 2,2
36
220 +
10
0,1
Принцип работы с
телесистемой заключается в следующем.
Перед началом ее использования проводят
инклинометрию нижнего участка ствола
скважины для определения его зенитного
угла и азимута и дальнейшего применения
полученных данных для фиксации реперных
точек забойного зонда 5 и отклонителя
8 через установочный переводник
7.
КНБК собирается с отклонителем, затем
устанавливается переводник «Зенит» и
ориентируется его паз с «лицом»
отклонителя. Колонну спускают на забой. На
верхний конец бурильной колонны (до ведущей
трубы) устанавливается кабельный
переводник 9. На нижний конец
измерительного зонда 5 укрепляется
направляющая планка 6, которая
ориентирована с меткой первичного
преобразователя зонда; на верхний конец
подсоединяется разъем 4 геофизического
кабеля 2, сматываемого через
направляющие ролики с барабана лебедки. С
другой стороны кабель подключается к
наземной аппаратуре. Работоспособность
системы проверяется на поверхности путем
поворота зонда на 360°. Зонд 5 с грузами 3
пропускается в кабельный переводник 9
и спускается до стыковки его с пазом
переводника 7. Момент контакта с
переводником 7 контролируется
измерением длины кабеля и ослаблением его
натяжения, а фиксация — в процессе
предварительного ориентирования.
В
процессе предварительного ориентирования
путем переключения переключателя на
лицевой панели наземного измерительного
прибора замеряют положение забойного
первичного преобразователя по шкале
индикатора и регулятором устанавливают
значение сигнала, равное нулю. Медленно
поворачивая колонну ротором вправо (один
оборот), убеждаются, что показания прибора
линейно увеличиваются от нуля до полного
отклонения стрелки (т.е. до отметки 360°).
Снова устанавливают «нуль» на шкале
прибора, затем проводят ориентирование
отклонителя в нужном направлении путем
поворота колонны ротором на расчетный угол
и опять устанавливают нуль. Далее
осуществляется герметизация кабеля в
кабельном переводнике с помощью
сальникового уплотнения. После этого
навинчивается ведущая труба, с помощью
предохранительного хомута укрепляется
кабель и начинается бурение. В зависимости
от режима работы нижняя часть колонны с
отклонителем поворачивается на некоторый
угол, величина которого считывается по
стрелочному прибору. Так можно измерять
угол закручивания КНБК. Для установления
отклонителя в заданное направление
необходимо довернуть колонну до значения
«0» на шкале прибора. В процессе бурения
«0» на шкале прибора поддерживается
поворотами ротора влево и вправо.
10.7.
ОСОБЕННОСТИ БУРЕНИЯ
И НАВИГАЦИИ
ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ
СКВАЖИН
Как
отмечалось выше, горизонтальные скважины
являются частным случаем наклонно
направленных скважин. В последние
нескольких лет в мире было пробурено
большое количество горизонтальных скважин.
Основная задача горизонтальных скважин —
увеличение поверхности контакта с
коллектором и, таким образом, повышение их
производительности. Аналогичную задачу
решают для нагнетательных
скважин.
Следует понимать, что любая
скважина, которой пересекают пласт вдоль
напластования, может называться
горизонтальной, в то время, когда
вертикальные скважины бурят
перпендикулярно напластованию, а наклонные
— под углом к напластованию. Таким образом,
скважины, вскрывающие вертикально
расположенные пласты вертикальным стволом,
являются горизонтальными. Для
горизонтальной скважины ее продуктивность
не столько зависит от мощности пласта,
сколько от длины фильтровой зоны скважины.
В настоящее время возможно бурение
горизонтальных участков скважины длиной
более 1000 м. Горизонтальный участок может
вскрыть как однопластовую, так и
многопластовую залежь в виде лестницы или
путем последующего гидроразрыва в
вертикальном направлении.
Утверждение о
том, что бурить горизонтальные скважины
всегда целесообразно и выгодно — неверное.
Так, например, в гомогенном пласте большой
мощности без газовой шапки и подстилающей
воды при низкой вертикальной и высокой
горизонтальной проницаемости лучше бурить
наклонно фильтровую часть скважины или
даже вертикально. Аналогичен подход к
вскрытию скважиной многопластовой или
тонкослоистой толщи, а также зоны с
естественной системой равномерной
трещиноватости. Очевидно, что
крутопадающий пласт надо вскрывать
вертикальной или наклонной скважиной.
Часто многопластовую залежь вскрывают
многозабойными горизонтальными
скважинами. Горизонтальные скважины
предпочтительнее бурить в пласте с высокой
вертикальной проницаемостью или при
наличии подошвенной воды. Таким образом,
выбору горизонтальной скважины должен
предшествовать анализ геологической
ситуации.
Горизонтальные скважины
эффективно используют в следующих случаях:
в трещиноватых коллекторах с их помощью
лучше дренируют нефтяные пласты; в
коллекторе с подошвенной водой или с
газовой шапкой горизонтальные скважины
используют, чтобы уменьшить опасность
обводнения или прорыва пластового газа в
скважину; в низкопроницаемых коллекторах
горизонтальные скважины лучше дренируют
пласт, что позволяет сократить количество
скважин; в высокопроницаемых газовых
коллекторах горизонтальные скважины
позволяют уменьшить скорость движения газа
и сократить потери пластовой энергии на
турбулентное трение; для увеличения
нефтеотдачи термическим воздействием, так
как создается возможность существенно
повысить приемистость по
теплоносителю.
Рассмотрим некоторые
практические особенности бурения
горизонтальных скважин по сравнению с
наклонными.
1. Опасность прихвата и
обрыва колонн:
в горизонтальных
скважинах опасность прихвата и обрыва
бурильных труб меньше, так как искривление
скважины приурочено к нижней части разреза,
который характеризуется, как правило,
сравнительно устойчивыми
породами;
желобообразование имеет место
в перегибах ствола, когда бурильная колонна
в растянутом состоянии, но в горизонтальных
скважинах обычно большая часть колонны при
бурении сжата и не вырабатывает желоб в
одном и том же месте;
обычно техническая
колонна спускается перед разбурива-нием
продуктивной зоны пласта, что уменьшает
опасность прихвата в горизонтальной
скважине.
2.
Трение:
горизонтальные
скважины характеризуются высоким уровнем
трения бурильных колонн о стенки скважины,
особенно на ее горизонтальном
участке;
трение усиливается с
увеличением протяженности горизонтального
участка, так как нагрузка на долото в этом
случае обычно создается почти всем весом
бурильной колонны;
не последнюю роль
играет качество бурового промывочного
раствора, прежде всего его смазывающая
способность.
3. В отличие от
наклонной скважины забойная компоновка при
бурении горизонтального ствола
следующая:
долото —забойный двигатель
— стабилизатор — MWD — немагнитная УБТ —
толстостенные бурильные трубы — ясс —
толстостенная бурильная труба —
тонкостенные бурильные трубы до
устья.
Важнейшая задача при
горизонтальном бурении — не допустить
скручивания бурильных колонн, поэтому на
горизонтальных участках стремятся как
можно меньше использовать УБТ и тем самым
уменьшить сопротивление трения. Лучшее
правило — компоновка должна быть по
возможности простой.
В зарубежной
практике в составе бурильных колонн при
горизонтальном бурении применяют один или
два ясса, причем верхний ясс срабатывает
как вверх, так и вниз, а нижний должен
срабатывать только вверх во избежание его
срабатывания в процессе бурения. Надо
избегать спуска ясса в искривленные части
скважины. Иногда ясс не применяют
вообще.
4. Фактическая вертикальная
глубина скважины. При бурении
горизонтальной скважины большая
ответственность ложится на исполнителей
работы при определении глубины скважины по
вертикали по данным меры бурового
инструмента. Незначительная ошибка в
глубине может оказаться роковой, так как
исключается вхождение долота в пласт в
заданной точке. А это приведет к ошибке в
размещении фильтровой части скважины в
пласте (например, разместят фильтр в
водоносной или в газоносной части
нефтесодержащего пласта).
5. Контроль
траектории скважины. Бурение
горизонтального участка будет медленным
или даже невозможным, если некачественно
пробурена направляющая часть ствола. Здесь
не допустимы ошибки в навигации.
При
бурении непосредственно горизонтальной
части сква-жины ответственность за
правильную навигацию повышается, хотя
управление траекторией по показаниям
инклинометра и магнитометра или гироскопа
становится неэффективным. На первый план
может выступить контроль за параметрами
проходимого пласта (проницаемость,
нефте-656 насыщенность, фациальный
состав, пористость, водонасы-щенность,
термодинамические параметры). Контроль
этих параметров осуществляют системы LWD
(каротаж во время бурения).
6.
Горизонтальный участок
сопоставим с направляющим участком как по
длине, так и по продолжительности
бурения.
7. Буровые промывочные и
тампонажные растворы должны обладать
седиментационной устойчивостью, так как
существует опасность осаждения на нижней
стенке скважины шлама и тяжелых
компонентов раствора, что осложнит бурение
и крепление горизонтальной скважины.
8.
Нагрузка на долото. При бурении
горизонтального участка скважины нагрузка
на долото создается не нижней, а верхней
частью бурильной колонны, причем
определить ее по индикатору веса
затруднительно. Поэтому в горизонтальном
бурении остро стоит вопрос измерения
режимных параметров бурения
непосредственно на забое скважины.
Как
указывалось выше, основная цель бурения
горизонтальных скважин — создание
фильтровой зоны по простиранию пласта.
Поэтому проектирование горизонтальной
скважины следует начинать с определения
протяженности, формы и
направления горизонтального
участка, которые
непосредственно
зависят от степени неоднородности
продуктивного пласта, его мощности и
литологии, распределения горной породы по
твердости и устойчивости разреза. Следует
предусмотреть мероприятия по минимизации
загрязнения пласта буровыми и тампонажными
растворами с учетом длительности и
протяженности интервала их
воздействия.
Эксплуатационная
характеристика пласта должна
включать:
запасы нефти, добыча которых
вертикальными или наклонными скважинами
затруднена или практически
невозможна;
пластовое
давление;
состояние разработки
залежи;
режим работы пласта;
способы
эксплуатации и предполагаемая частота,
причины и характер
ремонтов;
эффективность других методов
интенсификации добычи и методов увеличения
нефтеотдачи.
Горизонтальная скважина
состоит из направляющей части и
горизонтального участка. Направляющая
часть включает вертикальный участок,
участок начального искривления,
тангенциальный (прямолинейный) участок и
участки увеличения
1 — наддолотный калибратор;
2 — забойный двигатель-отклонитель; 3,
4 — нижний и верхний кривые переводники;
5 — телесистема с кабельным каналом
связи; 6 — переводник с боковым выводом
для кабеля; 7 — подпор кривого
переводника; 8 — шарнирное соединение;
9 — корпусной шарнир; 10 — центратор
забойного двигателя; 11 — диамагнитные
бурильные трубы
зенитного угла или
состоит только из вертикального участка и
участка увеличения зенитного
угла.
Одним из главных участков такой
скважины является вертикальный. В процессе
бурения вертикального участка его ось
отклоняется от вертикали и скважина
приобретает вид спирали. Такое искривление
препятствует дальнейшему нормальному ходу
бурения скважины: ухудшаются условия
продвижения инструмента в ней в процессе
спускоподъемных операций, создания
достаточной нагрузки на забой, проведения
инклинометрических и геофизических работ и
т.д.
Для уменьшения отклонения применяют
компоновки низа бурильных колонн (КНБК)
самых разнообразных конструкций,
подразделяющихся на три основных типа:
маятниковые, жесткие и
опорные.
Эффективность работы КНБК при
этом определяют три основных элемента:
жесткость, величина зазора между
компоновкой и стенками скважины и длина
компоновки. В настоящее время применяются в
основном жесткие КНБК, расчет места
установки в них опорно-центрирующих
элементов ведется с допущением, что
отклоняющая сила на долоте равна нулю и
угол между осью компоновки и осью скважины
также равен нулю.
При бурении
искривленных и прямолинейных участков
горизонтальных и
разветвленно-горизонтальных скважин в
отечественной практике используются КНБК и
их элементы, приведенные на рис. 10.60.
КНБК
для набора зенитного угла по большому
радиусу представлена на рис. 10.60, а. В ней
используются турбинные отклонители ТО2-240 и
ШО-195. В зависимости от угла искривленного
переводника и диаметра долота
обеспечивается интенсивность искривления
0,8+2,0°/10 м (R = 286+716 м). КНБК для набора
зенитного угла по среднему радиусу
собирается в соответствии с рис. 10.60, а,
б.
При использовании в качестве
отклонителя винтового двигателя Д2-172 в
зависимости от угла искривленного
переводника обеспечивается интенсивность
искривленного ствола скважины в диапазоне
2,9+3,8°/10 м (R = 150+200 м) (см. рис. 10.60, а). При
использовании двигателей ДГ-172, ДГ-155 и
искривленного переводника с подпором (см.
рис. 10.60, б) интенсивность искривления в
пределах 5,7+10,0°/10 м (R = = 57+100 м).
При бурении
горизонтальной скважины по малому радиусу
КНБК собираются в соответствии с рис. 10.60,
,, „. При использовании отклонителей
ДГ2-106, ДГ-155, ОШ-172 с шарнирным соединением
(см. рис. 10.60, ,) обеспечивается интенсивность
искривления в диапазоне 1,1 + 1,4°/м (R = 40+ 50 м).
Применение отклонителей ДГ-106, ДГ2-106 и ДГ-155 в
сочетании с корпусным шарниром (см. рис. 10.60,
„) дает возможность получить интенсивность
искривления в пределах 1,9+2,9°/м (R = 20+30
м).
КНБК для стабилизации,
малоинтенсивного увеличения и уменьшения
зенитного угла представлена на рис. 10.60, %о,
А. КНБК базируются на использовании
серийных турбобуров и винтовых забойных
двигателей с центратором на корпусе
забойных двигателей. Конструкция КНБК
обеспечивает ее проходимость в
искривленном стволе скважины и бурение
горизонтального участка с интенсивностью
искривления 0+5°/100 м. Ориентирование
отклонителя и постоянный контроль
параметров искривления ствола скважины при
наборе зенитного угла проводятся
телеметрической системой с проводным
каналом связи при турбинном бурении СТТ, а
при электробурении СТЭ с использованием
долот диаметрами 295,3 и 215,9 мм, а также
инклинометрами (серийными) в сочетании со
специальным устройством
«Зенит».
При забуривании
дополнительного ствола из обсаженной
скважины ориентирование отклонителя
проводится с помощью устройств, включающих
гироскопические инклинометры ИГ-50,
ИГ-36.
Оперативный контроль параметров
искривления ствола скважины
осуществляется одноточечными
инклинометрами с часовым механизмом
сбросового и встроенного
типов.
Инклинометры и геофизические
приборы доставляются по бурильной колонне
к точке замера потоком бурового раствора с
помощью специального устройства
(КТГ).
Многозабойные и
горизонтально-разветвленные скважины
бурят обычными буровыми установками с
помощью серийно выпускаемого
оборудования.
Мощность и
грузоподъемность буровой установки
необходимо выбирать с учетом
дополнительных сил сопротивления,
возникающих на участках резкого
искривления и на горизонтальных участках
при взаимодействии бурильной и обсадной
колонн со стенками скважины при осевых
пере-660 мещениях. Напряженность
бурильных и обсадных колонн дополнительно
возрастает вследствие изгиба труб на
участках резкого искривления стволов.
Колонны для этого вида бурения следует
выбирать по допустимым напряжениям,
возникающим в теле трубы, при их
деформированном положении в скважине. При
этом выбираемый при расчете коэффициент
запаса прочности должен быть минимальным,
равным 1,25.
В монолитных устойчивых
породах дополнительные стволы не
закрепляют обсадными трубами. Верхнюю
часть разреза при этом закрепляют до кровли
продуктивного пласта. Такая конструкция
позволяет облегчить проходку и освоение
всех ответвлений скважин. В продуктивных
пластах, сложенных неустойчивыми породами,
основной ствол должен быть закреплен
хвостовиком (разъемным). На хвостовики
устанавливают воронки для облегчения ввода
труб. Это необходимо в том случае, если
скважина многозабойная. Если скважина
заканчивается одним пологим стволом,
пройденным в продуктивном пласте, проблема
крепления скважины упрощается. Ствол до
продуктивного пласта закрепляют обсадной
колонной и цементируют. В горизонтальную
часть скважины спускают заранее
перфорированный хвостовик с таким
расчетом, чтобы его верхний конец оставался
внутри основной эксплуатационной
колонны.
Одно из эффективных
мероприятий в области капитального ремонта
скважины — зарезка и бурение новых
дополнительных горизонтальных или
наклонных стволов, которые также позволяют
интенсифицировать добычу нефти на уже
истощенных месторождениях.
Накоплен
определенный опыт бурения горизонтальных
скважин как за рубежом, так и в нашей
стране.
Первую на Кубани горизонтальную
скважину пробурили на месторождении Зыбза
— Глубокий Яр в мае 1991 г. При проектировании
и реализации проекта решали две основные
задачи: подтвердить возможность
качественного бурения горизонтального
участка скважины большой протяженностью в
рыхлых отложениях и оценить эффективность
доразработки нефтяных месторождений
горизонтальными скважинами. Скважина 871
пробурена с использованием стандартной
буровой установки БУ-75БрЭ на глубину по
вертикали 708 м с общей длиной ствола 920 м.
Общее горизонтальное смещение забоя от
вертикали составляло 250 м, в том числе
горизонтальной части 150 м. Был вскрыт
продуктивный кумский горизонт толщиной 80 м
стволом протяженностью 200 м (рис. 10.61).
Кондуктор диаметром 245 мм спустили до
глубины
Рис. 10.61. Вертикальный профиль
скв. 871 Зыбза-Глубокий Яр:
А —
башмак 245-мм колонны; Б — начало
щелевого фильтра; В — подошва I пласта;
Г — кровля II пласта; Д — подошва II
пласта; Е — башмак 140-мм колонны; а —
зенитный угол
617 м и зацементировали
тампонажным раствором из портландцемента и
цементно-бентонитовой смеси. Бурение под
эксплуатационную колонну вели в два этапа:
первый — этап набора кривизны и второй —
этап ее стабилизации. Набор кривизны до 52° в
азимуте 278 — 296° осуществляли в интервале 625
— 694 м следующей компоновкой: долото МСТНУ
диаметром 215,9 мм; переводник 0,5 м; шарнир с
углом перекоса 3°; ДЗ-172 длиной 6,9 м;
телесистема диаметром 178 мм и длиной 8 м;
127-мм бурильные трубы. Изменение азимута
обусловлено горно-геологическими
условиями. Средний темп искривления
составил 0,7° на 1 м проходки, а радиус
кривизны — 82 м.
Этой же компоновкой
пройдены интервалы 694 — 797 м и достигнута
кривизна 100°48′. Вначале набор кривизны
составлял 0,6 — 0,8° на 1 м проходки, но с
глубины 775 м наблюдали интенсивное
изменение азимута скважины влево, что
вынуждало повернуть отклонитель вправо на
35° и стабилизировать азимут. Однако темп
искривления резко упал до 0,2 — 0,4° на 1
м.
Второй этап — стабилизацию
искривления ствола скважины —
осуществляли следующей компоновкой: 215,9-мм
долото МСТН; переводник 0,3 м; забойный
двигатель ДЗ-172 мм длиной 6,9 м; телесистема
диаметром 178 мм и длиной 8 м, бурильные трубы
диаметром 127 мм и длиной 367 м. УБТ диаметром
178 мм и длиной 50,4 м; бурильные трубы
диаметром 127 мм, что обеспечило в интервале
797 — 923 м падение зенитного угла от 100°48′ до
96°48′.
Режим бурения для обоих интервалов
одинаковый: осевая нагрузка на долото 100 —
120 кН, подача насосов 30 л/с при давлении на
выкиде 7 МПа.
На глубину 920 м спустили
168×140-мм эксплуатационную колонну следующей
компоновки:
башмак с чугунной
направляющей пробкой с одним центральным
отверстием;
фильтр из 140-мм обсадных труб
марки Д с щелевыми отверстиями 2×100 мм через
0,5 м шесть рядов общей длиной 303
м;
переводник с 140-мм на 168-мм трубы,
внутри муфты трубы переводника установлена
диафрагма;
в первой 168-мм трубе на
расстоянии 350 мм от резьбы выполнены три
промывочных отверстия диаметром 25 мм, с
использованием которых проведено
цементирование; на этой же трубе был
установлен центратор, преобразованный под
цементировочную манжету, которая
предотвратила попадание цементного
раствора в зону фильтра.
Для
цементирования использовали смесь
портландцемента и ШПЦС-120 в соотношении 1:1
при плотности тампонажно-го раствора 1820
кг/м3. В качестве буферной жидкости
применили техническую воду. Цементный
стакан в колонне не оставляли.
По
результатам освоения получено более чем
трехкратное увеличение дебита
нефти.
Вступление основных нефтяных
месторождений Татарстана в завершающую
стадию разработки заставляет прибегнуть к
бурению горизонтальных скважин.
Горизонтальные участки ствола длиной 300 —
450 м бурили в пластах толщиной 6 — 18 м,
залегающих на глубине 900—1300 м. Переход от
вертикальных к горизонтальным участкам
производили по средним радиусам (573—114 м),
интенсивность набора зенитного угла
составляла 1 —5°/10 м.
Для вскрытия
горизонтальными скважинами были
рекомендованы два типа
залежей:
массивные, приуроченные к
карбонатным коллекторам нижнего и среднего
карбона;
пластовые, представленные
чередованием терригенных нефтенасыщенных
пластов и плотных глинистых перемычек,
приуроченные к отложениям нижнего карбона
и девона.
Скважины сооружали с
использованием серийного оборудования, за
исключением некоторых элементов
компоновок бурильного инструмента,
изготавливаемых в мастерских буровых
предприятий.
Первоначально конструкция
скважины состояла из 324-мм кондуктора,
спущенного на глубину 250 — 300 м, и 245-мм
технической колонны, спускаемой до кровли
продуктивного горизонта. Все эти колонны
цементировались до устья. Горизонтальный
ствол бурился долотами диаметром 215,9 мм и в
зависимости от свойств пород, слагающих
продуктивный пласт, заканчивался открытым
забоем или оборудовался фильтром. Однако
анализ проводки таких скважин показал, что
основные затраты времени и средств
приходились на бурение скважины до
вскрытия продуктивного горизонта, поэтому
от этого варианта конструкции скважины в
дальнейшем отказались. В настоящее время
конструкция скважи-664 ны включает в себя
245-мм кондуктор, спускаемый на глубину 250 —
300 м, и 168-мм обсадную колонну, спускаемую до
кровли продуктивного пласта, с установкой
заколонного пакера ПДМ для манжетного
цементирования. Скважины на карбонатные
коллекторы заканчиваются, как правило,
открытым забоем или спуском фильтра
диаметром 146 мм без цементирования.
На
первом этапе спускали фильтры со щелевыми
отверстиями, что не позволяло производить
эффективную обработку скважин перед
освоением, промывку зафильт-рованного
пространства и целенаправленную обработку
призабойной зоны. Этого недостатка лишены
используемые в настоящее время фильтры с
кислоторастворимыми
заглушками.
Скважины на терригенные
коллекторы бобриковского горизонта
обсаживаются до забоя с последующим
цементированием. С целью снижения
репрессии на пласт цементирование
осуществляется в две ступени с
использованием муфт ступенчатого
цементирования. В интервале продуктивного
пласта колонна комплектуется фильтром с
кислоторастворимыми
заглушками.
Профиль скважины на
башкирский ярус состоит из пяти интервалов:
вертикального участка, участка набора
зенитного угла, участка стабилизаци и
вскрытия пласта и условногоризонтального
участка. Угол входа в продуктивный пласт
65-70°.
Профиль скважины на турнейский
ярус состоит из семи интервалов:
вертикального участка, двух участков
набора зенитного угла, двух участков
стабилизации, участка вскрытия
продуктивного пласта и
условно-горизонтального участка. Угол
входа в продуктивный пласт 70 — 80°.
Набор
зенитного угла до входа в продуктивный
пласт с интенсивностью 1,5 — 2,0°/10 м
осуществляется серийными турбинными
отклонителями; при большей интенсивности
используются винтовые забойные двигатели
диаметром 172 мм. Вскрытие продуктивного
горизонта с интенсивностью
4 — 5°/10 м
осуществляется укороченными забойными
двигателями ДЗ-172.
Контроль положения
ствола скважины и геофизические
исследования в скважинах до достижения
зенитного угла 50 — 55° проводятся по обычной
технологии, используемой при строительстве
вертикальных и наклонно направленных
скважин с помощью серийных приборов. При
зенитных углах более 55° для этих целей
применяются телеметрические системы ЗИС-4;
АТ-3, СТЭ и комплексы АМК «Горизонт» и
«Горизонталь».
Промывка скважин до
зенитного угла 50 — 55° осуществляется
технической водой; при больших зенитных
углах, с целью обеспечения эффективного
выноса шлама скважина переводится на
промывку буровым раствором. Рецептура
бурового раствора подбирается исходя из
условий качественного вскрытия пласта,
максимального сохранения его
коллекторских свойств. Для вскрытия и
бурения карбонатного продуктивного пласта
используются полимерные и полимермеловые
растворы, для терригенных коллекторов
разработаны и успешно применяются
полимерглинистые растворы.
С целью
уменьшения негативного влияния
избыточного давления на продуктивный пласт
и сохранения коллекторских свойств пласта
на скв. 3560 Бавлинской площади проведены
опытные работы по вскрытию пласта и бурению
горизонтального участка с использованием
аэрированной жидкости, показатели свойств
которой обеспечили вскрытие и бурение
продуктивного пласта в условиях равновесия
системы скважина — пласт.
На некоторых
скважинах проведены работы по отбору керна
в горизонтальном стволе, а также испытания
различных участков продуктивного пласта
пластоиспытателем, спускаемым на трубах, с
целью уточнения характеристик
пласта.
Анализ работы горизонтальных
скважин показывает, что они в основном
выполняют свое предназначение —
обеспечивают увеличение дебита при
одновременном снижении обводненности
продукции.
Основная часть
горизонтальных скважин дает безводную
нефть или нефть с незначительным (до 20 %)
содержанием воды, меньшая часть скважин
дает нефть с содержанием воды до 60 % и только
в некоторых скважинах обводненность
продукции составляет более 80 %.
Дебиты
горизонтальных скважин превышают дебиты
соседних, наклонно направленных, в среднем
в 2,32 раза при увеличении затрат на их
строительство менее чем в 2 раза. При
анализе работы скважин с горизонтальным
участком ствола в карбонатных коллекторах
замечено, что дебит ГС, пробуренных с
использованием различных буровых
растворов, в том числе и аэрированного
бурового раствора в режиме депрессии,
отличается
незначительно.
Горизонтальные скважины
пробурены и на газоконденсатных
месторождениях.
На валанжинских залежах
Уренгойского месторождения дебит
горизонтальных скважин длиной 50 м
увеличился вдвое. На Ямбургском
месторождении (сеноман) достигнут
четырехкратный рост дебита. До 8 раз
увеличилась производительность
низкодебитных скважин в Оренбургской
области.
Бурение горизонтальных скважин
на Оренбургском газоконденсатном
месторождении (ОГКМ) ведется предприятием
«Оренбурггазпром» с 1990 г. Отходы забоя
от вертикальных проекций устьев
пробуренных горизонтальных скважин
составляют от 435 до 795 м. Радиусы кривизны
стволов скважин на участках перехода от
вертикального участка к горизонтальному
составляют около 400 м.
Бурение
наклонного участка ствола на пробуренных
скважинах начинали при глубинах 1200—1400 м.
Промежуточная колонна диаметром 245 мм
спускалась на 50 м ниже кровли филипповского
горизонта (угол наклона ствола 30 — 36°,
глубина 1500 — 1600 м). Эксплуатационные
колонны диаметром 178 мм спущены на 10 м ниже
кровли артинского яруса на глубину 1800 м
(угол наклона ствола 60°) и зацементированы
до устья. Нижележащие интервалы ствола
скважины перекрыты хвостовиками из
перфорированных на поверхности труб
диаметром 114 мм, верхние части которых
расположены на 30 м выше башмаков
эксплуатационных колонн.
Продуктивный
пласт представлен на ОГКМ известняками
артинского яруса нижнепермских отложений,
глубина кровли которых составляет 1670 м,
газонефтяной контакт расположен на глубине
1880 — 1900 м.
В июне 1993 г. на ОГКМ находились
в эксплуатации три горизонтальные
скважины, средний дебит по которым при
давлении на устье 4,5 —5,1 МПа составляет 185
тыс. м3/сут. Средний дебит
расположенных рядом вертикальных скважин
при тех же давлениях на головке составляет
23 тыс. м3/сут, т.е. производительность
горизонтальных скважин в среднем в 8 раз
превышает производительность
вертикальных.
Следует отметить, что
наибольшая производительность получена на
скв. 2ГТ и 3ГТ, на которых длина колонны НКТ
соответственно 1735 и 1661 м. В среднем
производительность этих скважин почти в 11
раз превышает производительность
вертикальных скважин. Производительность
скв. 1ГТ, на которой длина колонны НКТ
составляет 2242 м, всего в 2,6 раза превышает
производительность вертикальных скважин.
Это, скорее всего, связано с увеличением
потерь на трение при движении газа в
пространстве между внутренними стенками
хвостовика диаметром 114 мм и наружной
поверхностью НКТ диаметром 73
мм.
Наклонные скважины с большим
отклонением от вертикали бурились на
рифовых месторождениях в Башкирии, где
эффект от увеличения длины интервала
притока дополнялся разбуриванием
нескольких направлений в продуктивных
отложениях из одного вертикального
ствола.
Для газохранилищ, на которых
существует возможность поступления
подошвенной воды, эксплуатация ГС связана с
дополнительными сложностями. При
горизонтальном положении ствола в условиях
совместного притока воды и газа возможно
скопление воды в пониженных частях ствола и
отсечение притока из удаленной его части.
Во избежание подобных явлений при
проектировании ГС лучше ориентироваться на
их безводную эксплуатацию. Исключение
может составить подземное хранилище газа
(ПХГ) на нефтяном месторождении, где вынос
нефти представляет самостоятельный
интерес. Величина предельного безводного
дебита для ГС определяется удалением
горизонтального ствола от газоводяного
контакта ГВК.
В течение ближайших 15 — 20
лет объем горизонтального бурения на
подземных хранилищах газа РФ существенно
возрастет. Только на Кущевском ПХГ
Краснодарского края планируется пробурить
около 100 таких скважин. Запроектировано
бурение ГС на Невском газохранилище,
созданном в водоносном пласте, а также на
Таловском, Мусинском, Те-риклинском,
Карашурском и на других российских ПХГ, на
Прибугском (Белоруссия), Вешховицком
(Польша) газовых хранилищах (С.Н. Бузинов,
ВНИИГАЗ, 1996).
В 1992 г. по рекомендациям
ВНИИГАЗа было принято решение пробурить в
опытном порядке одну горизонтальную
скважину на краснодарском ПХГ и три — на
Кущевском газохранилище.
На Кущевском
ПХГ первыми пробурены в 1992 г. две
горизонтальные скважины: 102 и 104. Длина
горизонтальной части ствола первой
горизонтальной скв. 102 составляет 123 м (I
пласт), общее отклонение от вертикали — 165,5
м. После окончания бурения скв. 102 находится
в капитальном ремонте, так как при ее
сооружении был вскрыт II пласт
(нижезалегающий, обводненный пласт
альбских отложений нижнего мела, в котором
создание хранилища не планируется). Вторая
горизонтальная скважина имеет общее
отклонение забоя от устья 233 м, а длину
горизонтального участка ствола порядка 170
м. Общая вскрытая мощность пласта
составляет 233 м (фильтр 1235—1462 м). Скв. 104
пущена в эксплуатацию с середины ноября 1993
г., по промысловым дан-668 ным ее дебит в 2,5
раза выше дебита «средней» скважины,
что подтверждают технологические расчеты,
проведенные ВНИИГАЗом в 1992 г., согласно
которым производительность горизонтальной
скважины (при длине горизонтального
участка 200 м) должна быть в 2,25 раза выше
дебита «средней» скважины.
В то
время как на нефтяных месторождениях
горизонтальные скважины успешно
используются уже второе десятилетие, на
подземных хранилищах эта технология только
начинает применяться. Лишь последние
несколько лет бурение горизонтальных
скважин на ПХГ стало технически возможным и
экономически выгодным. Тщательно
разработанная программа горизонтального
бурения может быть использована как для
проводки новых скважин, так и для
переоборудования существующих.
Длительность эксплуатации газохранилищ,
циклическое изменение давления от низкого
к высокому требуют специального подхода к
горизонтальным скважинам на ПХГ.
В США
бурение горизонтальных скважин на ПХГ
начато в 1992 г. Всего было пробурено пять
скважин. Результаты эксплуатации четырех
из них по опубликованным сведениям пока
являются коммерческой тайной. Пятая
горизонтальная скважина пробурена на
хранилище Западный Эдмонт, ее
производительность оказалась более чем в 6
раз выше производительности вертикальной
скважины. Указанное хранилище находится на
глубине около 1900 м в пласте, толщина
которого составляет всего 5,5 м.
Горизонтальная скважина пробурена из
старого ствола из-под 178-мм обсадной
колонны, диаметр горизонтального отвода
составляет 95 мм, радиус искривления — 125 м. В
пределах продуктивных отложений длина
горизонтальной части ствола составила 460 м.
Бурение проводилось с использованием
легкого глинистого раствора на нефтяной
основе. Горизонтальный участок не обсажен,
за исключением верхнего участка длиной 20 м.
Расчетный дебит скважины в начальный
период отбора при давлении 15 МПа должен был
составить 1150 тыс. м3/сут против
исходного дебита вертикальной скважины 230
тыс. м3/сут. Испытания показали, что
дебит скважины при новом горизонтальном
стволе составил примерно 1300 тыс.
м3/сут.
Ведется бурение
горизонтальных скважин на ПХГ Реден
(Германия). Здесь планируется осуществлять
эксплуатацию хранилища 10 горизонтальными
скважинами с 219-мм лифтовой колонной. Первый
опыт показал, что производительность таких
скважин в условиях карбонатного
коллектора
з
m2
/// /// /// /// /// . у/ /// /// /// /// /// ///
/// /// /// /// ///
/// /// ///
/// ///
0-10
м
при
отборе составляет 2,0 млн. м3/сут.
Скважины на поверхности расположены в две
цепочки, по пяти скважин в каждой;
расстояние между цепочками 150 м, расстояние
между скважинами в цепочке 15 м. Между
цепочками размещена установка по
подготовке газа.
Газохранилище пущено в
эксплуатацию летом 1993 г. и рассчитано на
активный объем 1,5 млрд. м3.
Максимальная производительность при
отборе по проекту составляет 24 млрд.
м3/сут, производительность в конце
периода отбора должна быть не менее 20,4 млн.
м3/сут. При закачке
производительность ПХГ составляет 15 млн.
м3/сут и сохраняется на протяжении
всего периода. Это хранилище создается на
базе одноименного истощенного газового
месторождения (начальное пластовое
давление 21 МПа), которое разрабатывалось
четырьмя вертикальными скважинами со
среднесуточными дебитами около 100 тыс.
м3/сут. Длина горизонтального участка
ствола скважины достигает 600 м.
Вертикальный ствол оборудован 178-мм
обсадной колонной, переходящей в
горизонтальный хвостовик. Коэффициенты
фильтрационного сопротивления в
призабойной зоне горизонтальной скважины
уменьшились в 20 раз. Высокая
производительность каждой из 10
горизонтальных скважин хранилища
подтверждена исследованиями и
опытно-промышленной эксплуатацией. Дебит
горизонтальной скважины на Редене
достигает 2 млн. м3/сут.
Производительность хранилища при отборе
при этом составляет около 20 млн.
м3/сут.
Вопросом строительства
горизонтальных скважин на ПХГ ВНИИГАЗ
начал заниматься в 1991 г. Была разработана
методика расчета производительности
горизонтальных скважин, методика
оптимизации размещения наклонно
направленных скважин на хранилищах,
разрабатывается технология проведения и
методы обработки исследований таких
скважин.
Эффективность использования
горизонтальных скважин в пластах с
относительно небольшой мощностью очевидна
вследствие обеспечения существенно
большей площади притока флюида. Если в
вертикальных скважинах площадь ограничена
мощностью пласта, то в горизонтальных —
лишь границами залежи, поскольку
современный уровень развития техники
бурения позволяет иметь горизонтальные
отводы длиной более километра.
Рис. 10.62.
Основные виды профилей горизонтальных
скважин на Кущев-ском ПХГ:
1 —
полого направленный; 2 —
горизонтально-волнистый; 3 —
вогнутый
К 01.07.95 г. на месторождениях и
ПХГ ОАО «Газпром» закончены
строительством 44 горизонтальные скважины,
в том числе скважины старого фонда на
Уренгойском ГКМ. Основной объем
горизонтального бурения сосредоточен в
Оренбургской области (Оренбургское ГКМ),
Западной Сибири (Ямбургское и Уренгойское
ГКМ) и Краснодарском крае (Кущевское
ГКМ).
На рис. 10.62 приведены типичные
профили горизонтальных скважин на
Кущевском ПХГ.
«*4. •
•
ePaaOEEHEE
Т
а блица П 1
Параметры турбобуров и
винтовых забойных двигателей
Шифр турбобура |
Расход жид кости, м3/с |
Частота вращения вала, с-1 |
р = 1000 кг/м3 |
Дди—на, м |
Масса, |
а7 х |
|
Враща ющий мо мент, Н-м |
Пере пад давле ния, МПа |
||||||
Секционные и шпиндельные |
|||||||
Т12М3Б-240 |
0,050 |
11,0 |
2000 |
4,0 |
8,275 |
2015 |
1,55 |
(Т12РТ-240) |
0,055 |
12,1 |
2400 |
4,5 |
|||
ЗТСШ-240 |
0,032 |
7,0 |
2500 |
5,0 |
23,550 |
5960 |
4,80 |
0,034 |
7,5 |
2850 |
5,5 |
||||
А9Ш |
0,045 |
7,0 |
3000 |
7,0 |
16,690 |
4605 |
3,50 |
А9ГТШ-ТЛ |
0,040 |
3,8 |
2500 |
4,0 |
23,825 |
6580 |
2,50 |
0,045 |
4,3 |
3200 |
5,0 |
||||
Т12МЗБ-215 |
0,040 |
9,1 |
1100 |
2,5 |
8,035 |
1675 |
1,65 |
0,045 |
10,2 |
1400 |
3,5 |
||||
Т12МЗБ-195 |
0,030 |
11,0 |
850 |
3,5 |
9,100 |
1500 |
3,80 |
0,035 |
12,8 |
1150 |
4,5 |
||||
ЗТСШ-195 |
0,022 |
8,1 |
1300 |
5,0 |
23,550 |
4165 |
10,35 |
0,024 |
8,8 |
1350 |
6,0 |
||||
ЗТСШ-195 |
0,030 |
6,7 |
1300 |
3,5 |
25,905 |
4850 |
4,00 |
0,035 |
7,8 |
1800 |
5,0 |
||||
ЗТСШ1-195ТЛ |
0,040 |
5,9 |
1750 |
3,0 |
25,905 |
4355 |
1,95 |
0,045 |
6,7 |
2200 |
4,0 |
||||
ЗТСША-195ТЛ |
0,020 |
9,7 |
1950 |
6,5 |
16,090 |
4710 |
14,00 |
0,030 |
12,1 |
3050 |
10,5 |
||||
А7Ш |
0,030 |
8,7 |
1900 |
8,0 |
17,425 |
3179 |
8,90 |
А7ГТШ-ТЛ |
0,025 |
4,2 |
1300 |
4,0 |
25,905 |
4520 |
6,50 |
0,030 |
5,0 |
1900 |
6,0 |
||||
Т12МЗЕ-172 |
0,025 |
10,4 |
650 |
3,0 |
8,440 |
1115 |
4,95 |
0,028 |
11,7 |
800 |
4,0 |
||||
ТС5Е-172 |
0,020 |
8,3 |
800 |
4,0 |
15,340 |
2150 |
10,25 |
0,022 |
9,2 |
950 |
5,0 |
||||
ЗТСШ1-172 |
0,020 |
8,4 |
1000 |
6,0 |
25,800 |
4490 |
15,10 |
0,025 |
10,5 |
1600 |
9,5 |
||||
А6ГТШ |
0,020 |
4,7 |
750 |
4,0 |
22,700 |
2640 |
10,00 |
ТС4А-127 |
0,012 |
12,3 |
350 |
5,0 |
13,635 |
1090 |
35,10 |
0,013 |
13,3 |
400 |
6,0 |
||||
ТС4А-104,5 |
0,008 |
14,5 |
150 |
4,5 |
12,775 |
60 |
69,10 |
0,009 |
16,3 |
200 |
5,5 |
Шифр турбобура |
Расход жид кости, м3/с |
Частота вращения вала, с-1 |
р = 1000 кг/м3 |
Дди—на, м |
Масса, |
а7 х |
|
Враща ющий мо мент, Н-м |
Пере пад давле ния, МПа |
||||||
Турбобуры-отклонители |
|||||||
Т02-172 |
0,028 |
11,8 |
785 |
3,9 |
9,715 |
1363 |
4,97 |
Т02-195 |
0,030 |
8,7 |
870 |
3,6 |
10,110 |
1774 |
4,00 |
Т02-240 |
0,045 |
7,5 |
1370 |
3,0 |
10,170 |
2507 |
1,48 |
Турбобуры с |
маслонаполненными редукторными |
||||||
Турбобур |
0,015 |
1,5 |
1500 |
1,7 |
— |
— |
7,14 |
с РМ-195 |
0,025 |
4,17 |
3500 |
4,2 |
|||
Колонковые турбодолота типа КТД |
|||||||
КТДЗ-240 |
0,030 |
6,5 |
690 |
1,5 |
7,455 |
2068 |
1,65 |
269/48 |
0,055 |
11,8 |
2330 |
4,9 |
|||
КТД4-195 |
0,020 |
8,0 |
820 |
3,4 |
10,100 |
2066 |
7,89 |
214/60 |
0,028 |
10,4 |
1320 |
5,7 |
|||
КТД4С-172- |
0,022 |
8,2 |
1570 |
7,0 |
17,575 |
2802 |
14,25 |
190/40 |
0,028 |
10,4 |
2350 |
11,0 |
|||
Винтовые забойные |
|||||||
Д1-195 |
0,025 |
1,5 |
4500 |
4,0 |
6,900 |
1140 |
6,4 |
0,035 |
2,2 |
5300 |
6,0 |
4,9 |
|||
Д2-172М |
0,020 |
1,9 |
3000 |
4,5 |
6,875 |
878 |
11,25 |
0,030 |
2,8 |
3500 |
5,0 |
5,55 |
|||
Д-85 |
0,005 |
3,8 |
270 |
2,7 |
3,205 |
103 |
108,0 |
0,007 |
4,8 |
340 |
3,0 |
61,2 |
|||
ДГ-54 |
0,001 |
3,0 |
60 |
3,8 |
2,230 |
27 |
3800 |
0,0025 |
8,0 |
80 |
4,2 |
672 |
|||
П р и м е ч а н и я. |
1. Пр |
едельна |
темпе |
)атура |
экружа |
ющей |
среды |
+ 110 С. 2. |
забой |
турбо- |
|||||
бурами диаметром 240 мм — |
300 |
диаметром 215 |
и 195 мм — 250 кН, |
||||
диаметром 172, 164 мм — 200 кН. |
Та
б ли ц а П.2
Техническая характеристика
буровых насосов
D,, мм |
Теоретическая подача буровых пластов |
Предельное паспортное давление, |
||||
БРН-1 |
У8-6МА2 |
У8-7МА2 |
УНБ-1250 |
БРН-1 |
У8-6МА2 |
|
200 |
— |
51,0 |
50,2 |
51,4 |
— |
10,0 |
190 |
— |
45,7 |
44,8 |
45,9 |
— |
11,5 |
180 |
34,0 |
42,0 |
39,8 |
40,7 |
9,8 |
12,5 |
170 |
30,0 |
36,0 |
35,0 |
35,7 |
11,0 |
14,5 |
160 |
27,0 |
31,0 |
30,5 |
31,1 |
12,5 |
16,0 |
150 |
23,0 |
27,5 |
26,3 |
26,7 |
14,4 |
19,0 |
130 |
17,0 |
19,7 |
— |
— |
20,0 |
25,0 |
140 |
20,0 |
23,3 |
22,3 |
— |
16,9 |
22,5 |
D,, мм |
Предельное |
Теоретическая подача буровых |
||||
У-7МА2 |
УНБ-1250 |
БРН-1 |
У8-6МА2 |
У8-7МА2 |
УНВ-1250 |
|
200 190 180 170 160 150 140 130 П р 72, насосс штока |
14.2 15,9 18,0 20.4 23.4 27.2 32,0 i м е ч а н зв У8-6М мин. |
21,0 23.5 26.5 30.5 35.0 40.0 и е Теорет А2 и У8-7МА |
7.6 8.5 9.7 11,2 13,0 15.5 ‘ическая по 2 — 65, нас |
7.8 8.9 9.7 11,2 12.3 14.7 17.4 19.4 дача насоса оса УНБ-125 |
11,0 12,0 14.0 15.8 18.1 21,1 24.8 БРН-1 со 0 — 60 дво! |
16,3 18,2 20,2 23,6 27,1 31,0 ответствует шым ходам |
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНАЯ Г Л А В А
ПЕРЕКАЧКА НЕФТЕЙ
10.1. СУЩНОСТЬ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ
ПЕРЕКАЧКИ НЕФТЕЙ МЕТОДОМ ПРЯМОГО
КОНТАКТИРОВАНИЯ
В настоящее время
нефти различных промыслов и месторождений,
а число таких нефтей, отличающихся по
физико-химическим свойствам (плотности,
вязкости, содержанию серы, минеральных
солей, парафина и т.п.), может достигать
несколько десятков, перекачивают методом,
получившим название «‘последовательная
перекачка прямым
контактированием”.
В результате
добычи нефти в той или иной нефтяной
провинции в резервуарах накапливаются
нефти различных сортов. Понятно, что
строить отдельный трубопровод для
добываемой нефти каждого сорта было бы
нерентабильно, поэтому большинство из них
транспортируют по одному и тому же
нефтепроводу, к которому тяготеют данные
месторождения, закачивая последовательно
одну нефть за другой.
Поэтому сущность
последовательной перекачки нефтей прямым
контактированием состоит в том, что
разносортные нефти, объединенные в
отдельные партии по несколько тысяч или
десятков тысяч тонн каждая, закачивают в
трубопровод последовательно, одну за
другой, и транспортируют так до самого
потребителя. При этом каждая партия нефти
вытесняет предыдущую и в свою очередь
вытесняется последующей. Получается так,
что нефтепровод по всей своей
протяженности заполнен партиями различных
нефтей, вытянутых в цепочку и
контактирующих друг с другом в местах, где
кончается одна партия и начинается
другая.
Таким образом, главное в
последовательной перекачке нефтей — это
то, что различные виды и сорта нефтей
перекачивают не по разным, а по одной и той
же трубе.
На головной станции
трубопровода различные сорта нефти
закачивают из отдельных резервуаров,
транспортируют партиями, по пути, если на то
есть необходимость, подкачивают другие
нефти, и на конечных пунктах
(нефтеперерабатывающих заводах или
перевалочных нефтебазах) принимают в
отдельные резервуары.
На рис. 10.1
приведена принципиальная схема
трубопроводной системы для
последовательной перекачки нефтей, где
видны последовательно движущиеся в
магистральном нефтепроводе (МНП) партии
нефтей (№ 1, 2, 3, 4, 5 и т.д.), вытесняющие
предыдущие партии и в свою очередь
вытесняемые последующими, а также
нефтепромыслы (П1) и (П2) с пунктами
подготовки нефти к транспорту (ППНТ)
резервуарные парки (РП) головной
перекачивающей станции (ГПС), резервуарные
парки промежуточных перекачивающих
станций (ППС) и резервуарный парк конечного
пункта (КП), на котором происходит прием
нефтей в резервуары
нефтеперерерабатывающего завода (НПЗ) или
перевалочной нефтебазы для перевалки на
другие виды транспорта.
В систему для
последовательной перекачки нефтей входят
те же основные объекты, что и в систему
транспортировки однородной
нефти:
соединительные трубопроводы
(СТ), соединяющие пункты подготовки нефти
к транспорту с головной перекачивающей
станцией;
головная перекачивающая
станция, предназначенная для
последовательной закачки нефтей в
трубопровод и создания необходимого напора
в начале первого участка. Как правило,
головная перекачивающая станция имеет
резервуарный парк с резервуарами для
накапливания необходимых объемов
различных нефтей, устройства для их
количественного учета и компенсации
неравномерности поступления и
откачки;
линейная часть
магистрального нефтепровода с линейными
сооружениями, обеспечивающими ее
функционирование;
промежуточные
перекачивающие станции, находящиеся на
границе соседних участков и
предназначенные для создания
дополнительного напора, обеспечивающего
дальнейшую транспортировку
нефти;
конечный пункт нефтепровода,
на котором различные
РК
КП (конечный пункт МНЦ)
Рис.
10.1. Принципиальная схема системы для
последовательной перекачки
нефтей
сорта нефти принимают из
трубопровода в отдельные резервуары и
далее либо отправляют на
нефтеперерабатывающий завод, либо
переваливают на другие виды транспорта
(железнодорожный, водный и т.п.).
10.2. ТЕОРИЯ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ В
ЗОНЕ КОНТАКТА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО ДВИЖУЩИХСЯ
ПАРТИЙ НЕФТЕЙ
10.2.1. ФИЗИЧЕСКИЕ
ПРИЧИНЫ
СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ
Как уже
говорилось, последовательная перекачка
позволяет организовать доставку нефти
различных сортов от места добычи до
потребителя с помощью одного и того же
магистрального трубопровода, причем не
перемешивая различные нефти друг с другом
и, таким образом, сохраняя качество каждой.
Конечно, при этом в зонах контакта
последовательно движущихся партий
происходит определенное смешение
вытесняемой и вытесняющих
нефтей.
Последовательная перекачка
прямым контактированием получила свое
название из-за того, что вытесняемая и
вытесняющая нефти непосредственно
контактируют друг с другом без какого бы то
ни было разделения. Поэтому сразу же
возникает вопрос, как велико это
смесеобразование и насколько серьезны
опасения, что транспортируемые нефти
перемешаются друг с другом. Действительно,
при вытеснении одной нефти другой в местах
контакта последовательно движущихся
партий образуется смесь, причем ее
количество по мере движения от начала
нефтепровода к его концу постоянно
возрастает.
Конечно, можно спросить,
почему бы для разделения разносортных
нефтей не использовать какие-нибудь
механические разделители — поршни, твердые
или эластичные шары, жидкие или полужидкие
разделительные пробки и т.п., которые
наподобие подвижных перегородок, двигаясь
вместе с потоком нефти в трубе, разделяли бы
перекачиваемые жидкости. Выяснилось
однако, что эта достаточно простая идея
оказалась мало эффективна при промышленной
реализации. Разделители отстают от потока
нефти и быстро выходят из зоны контакта
последовательно движущихся партий.
Последовательная перекачка нефтей прямым
контактированием более проста с
технологической точки зрения и достаточно
эффективна благодаря тому, что количество
смеси, образующейся в зонах контакта
последовательно движущихся партий,
относительно невелико, так что при
достаточном ресурсе транспортируемых
нефтей вся смесь может быть разложена (т.е.
добавлена) по исходным нефтям с сохранением
качества каждой из них. Однако
интенсивность смесеобразования и объем
образующейся смеси зависят от режима
транспортировки, соблюдения
технологического регламента перекачек,
знания физических причин, приводящих к
смесеобразованию, а также от понимания
основных закономерностей этого
процесса.
Какие же причины и физические
процессы, происходящие при
последовательном вытеснении одной нефти
другой, приводят к образованию и
медленному, но постоянному возрастанию
объема смеси?
Смесь, которая образуется
в зоне контакта перекачиваемых нефтей при
вытеснении одной из них другой, обусловлена
объективными физическими процессами,
присущими движению жидкости в
трубопроводе. Если б ы контактирующие нефти
вытесняли друг друга наподобие жестких
стержней с плоской границей раздела между
ними, то их смешение в зоне контактирования,
разумеется, отсутствовало бы. Молекулярная
диффузия одной нефти в другую, конечно, не в
счет — она слишком мала, чтобы быть
заметной. Дело в другом, нефти не являются
твердыми телами, и вытеснение одной из них
другой происходит неравномерно по
сечению трубы. Скорости частиц жидкости в
различных точках сечения трубы неодинаковы
(рис. 10.2). У стенок трубопровода они равны
нулю, а на его оси достигают максимального
значения. Поэтому вытеснение одной нефти
другой происходит более интенсивно в
центре трубы, в то время как у стенок
трубопровода оно замедлено. Каждое
мгновение клин позади идущей нефти как б ы
внедряется в нефть, идущую впереди, причем
тем интенсивней, чем более вытянут вдоль
оси профиль осредненных скоростей.
Происходит, как говорят, конвекция (или
конвективная диффузия) примеси одной
нефти в другую за счет и вместе с
перемещающимися друг относительно друга
слоями жидкости.
Однако неравномерность
распределения в сечении трубопровода
осредненных скоростей жидкости не является
единственной причиной, ответственной за
смесеобразование
Рис. 10.2. Схема,
иллюстрирующая про
цессы
образования смеси в зоне контактирования
нефтей
нефтей
в зоне их контактирования. Другим, не менее
важным фактором смесеобразования, является
так называемая турбулентная
диффузия.
Как правило, нефти
перекачивают в турбулентном режиме, при
котором частицы жидкости движутся в трубе
не параллельно ее стенкам, а совершают
хаотические турбулентные движения,
наподобие тому, как это можно видеть в
дымовых струях, вырывающихся из труб. В
турбулентных потоках существует
интенсивное перемешивание различных
частиц по сечению трубы за счет пульсаций
скорости и указанных хаотических движений
отдельных частиц. Поэтому турбулентная
диффузия, а именно так называют этот
процесс, перемешивает клин вытесняющей, как
и остатки вытесняемой нефти, по сечению
трубопровода, обеспечивая их более или
менее однородное распределение в каждом
сечении.
Тем не менее важно отметить, что
концентрация каждой нефти в сечении
трубопровода, хотя и близка к постоянному
значению, но все же не равна ему — для
вытесняющей нефти она всегда больше на
оси трубы, чем у ее стенок, а для вытесняемой
— она всегда меньше на оси трубы, чем у
ее стенок. Благодаря этому в сечениях
трубопровода происходит массообмен,
обеспечивающий постоянный рост объема
смеси.
На рис. 10.3 представлены кривые
распределения концентрации с
вытесняющей жидкости в зависимости от
безразмерного расстояния r/R0 до
оси трубы (R0 — радиус трубы),
полученные проф. В.А. Юфиным в экспериментах
с двумя взаиморастворимыми жидкостями (NaOH и
H2O), подтверждающих указанное выше
положение.
Таким образом, процесс
смешения вытесняемой и вытесняющей нефтей
происходит по следующей схеме:
клин
позади идущей нефти
внедряется в нефть, идущую впереди, а
процессы турбулентной диффузии
размешивают внедрившуюся примесь по
сечению трубы. При этом за счет того, что
концентрация вытесняющей нефти на оси
трубы больше, чем у ее стенок, происходит
постоянный перенос вытесняющей нефти
вперед, в область, занятую вытесняемой
нефтью. И наоборот, по той же причине
происходит обратный перенос вытесняемой
нефти назад, в область вытесняющей.
Эти
два процесса неотделимы друг от друга. Они
действуют постоянно и одновременно на
протяжении всего времени вытеснения,
определяя интенсивность про-
Рис. 10.3.
Схемы распределения
концент
рации с по
поперечному сечению трубы при различных
значениях Re:
а — Re = 45000; б — Re =
70000
долън^ого
перемешивания, объем и длину возникающей
смеси.
Из сказанного следует, что
смесеобразование в зоне контактирования
нефтей происходит вследствие двух основных
причин: неравномерности распределения
скоростей жидкости по сечению трубопровода
и турбулентного перемешивания. Отсюда ясно,
что чем профиль осредненных скоростей
жидкости в сечении нефтепровода более
плоский, чем интенсивней в сечении
перемешиваются ее частицы, тем более полно
идет процесс вытеснения и тем меньше
образуется смеси.
Из гидравлики
известно, что профиль скоростей жидкости в
сечении трубопровода тем более плоский
(равномерный), чем более развита
турбулентность, а значит чем интенсивней
ведется перекачка. Режим турбулентного
течения жидкости в трубопроводе
определяется, как известно, безразмерным
числом Рейнольдса
Re = U*,
V
где
и = 4Q/nd2 — средняя скорость
перекачки; Q — расход перекачки; d —
внутренний диаметр трубопровода; v —
кинематическая вязкость нефтепродукта.
Поэтому, чем выше скорость перекачки, тем
более развита турбулентность.
Например,
при скорости перекачки и = 0,75
м/с двух
нефтей (v! — v 2 = 25
сСт) в нефтепроводе с внутренним диаметром
d = 800 мм число Рейнольдса
Re =
0‘75‘0‘800 =
24000.
25-10-6
Это означает, что
перекачка нефтей ведется в развитом
турбулентном режиме, в области так
называемого смешанного трения.
На
рис. 10.4 представлены безразмерные (т.е.
отнесенные к значению umax
максимальной скорости жидкости на оси
трубы) турбулентные профили скорости U
(r)/umax. Нижняя кривая относится к Re = 24000,
верхняя — к Re = 3200000, средние — к
промежуточным значениям.
Таким образом,
можно видеть, что турбулентные профили
располагаются значительно выше или, как
говорят, более заполнены, чем
ламинарные (на рис. 10.4 —
пунктирная
кривая), причем степень их
заполненности возрастает с увеличением
числа Рейнольдса. Иными словами,
турбулентные профили более плоские, чем
ламинарный. В частности,
/ |
/ / |
||||||||
У J |
/ / |
/ |
|||||||
(/ |
/ |
у |
/ / |
||||||
‘ |
/ / |
||||||||
/ |
г |
||||||||
/ ( |
|||||||||
/ / |
|||||||||
/ |
/ |
||||||||
/ / |
—6 |
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
Рис. 10.4. Безразмерные профили
осредненных скоростей жидкости в 1,0
0,8 0,6 0,4
0,2 0,0
r/R0
турбулентных режимах
такой важный показатель, как
отношение максимальной umax скорости
течения к средней иср в развитом
турбулентном режиме определяется
равенством umax « 1,15*1,25цср, в то
время как в ламинарном течении
максимальная скорость umax вдвое
больше средней иср.
Это означает,
что чем выше скорость перекачки, тем
профиль скоростей более плоский и,
следовательно, вытеснение одной нефти
другой идет более полно. Кроме того,
турбулентное перемешивание в сечении
трубопровода при больших скоростях идет
намного интенсивней, чем при малых, что
способствует большему выравниванию
концентрации каждой нефти в сечении трубы
и, значит, уменьшению смеси.
Таким
образом, одним из главных факторов,
определяющих интенсивность
смесеобразования, является скорость, с
которой ведется перекачка нефти. В этом
смысле турбулентный режим перекачки
намного лучше ламинарного (где профиль
скоростей вытянут вдоль оси трубы). В данном
случае при перекачке нефтей с низкими
скоростями смеси образуется намного
больше, чем при перекачке с высокими
скоростями.
10.2.2. КОНЦЕНТРАЦИИ НЕФТЕЙ В
СМЕСИ
Основным показателем того, что в
зоне контактирования вытесняемой и
вытесняющей нефтей образовалась смесь,
является отличие свойств жидкости в пробах,
взятых из трубопровода, от свойств каждой
из перекачиваемых нефтей. Если речь идет о
перекачке разноплотностных нефтей, то
характерным показателем их смешения
является отличие плотности рс смеси
от плотностей р1 и р2 каждой из
контактирующих нефтей. Однако речь может
идти и о других, более тонких, показателях
нефтей, как например, содержание серы
при последовательной перекачке двух
нефтей, сернистой или малосернистой, или
содержании минеральных солей для
последовательной перекачки обычной и
обессоленной нефтей и т.д. В зоне контакта
транспортируемых нефтей эти показатели
плавно изменяются от одного значения до
другого при переходе от партии вытесняемой
нефти к партии вытесняющей, сама же область
их изменения называется областью
смеси.
Экспериментально доказано, что
при смешении любых объемов V1 и
V2 двух нефтей объем Vc их
смеси с большой точностью равен сумме этих
объемов, т.е. имеет место равенство
Vc = V! +
V2,
(10.1)
поэтому можно
ввести так называемые объемные
концентрации с1 и с2 каждой
нефти в смеси:
Это
безразмерные числа 0 < с1< 1, 0
< с2 < 1, показывающие, какую
долю произвольного объема Vc смеси
составляют первая и вторая нефть. Для этого
достаточно объем смеси умножить на
концентрации соответствующих нефтей:
V
= с^с’; V2 = с2^.
(10.3)
Очевидно, что в силу (10.1) сумма
концентраций нефтей в смеси равна
единице:
с1 + с2 = 1.
(10.4)
Последнее равенство говорит о том,
что для характеристики смеси двух нефтей
достаточно ввести только одну
концентрацию, например, концентрацию с
вытесняющей нефти с = с2, поскольку
концентрация с1 вытесняемой нефти
выражается через с как разность с1
= 1 — с.
Если
концентрация нефти в смеси равна 0,
то речь идет о первой нефти, если она равна 1,
то речь идет о второй
нефти.
Концентрация нефти, выраженная в
процентах, называется процентным
содержанием
0 = с-100 %.
Например,
концентрации 0,2 соответствует процентное
содержание 20 %; концентрации 0,453 —
процентное содержание 45,3 % и т.д. Сумма
процентных содержаний двух нефтей в их
смеси равна 100 %.
Для разноплотностных
нефтей концентрацию с можно выразить
через плотность рс смеси и плотности
р1 и р2 каждой из контактирующих
нефтей. Поскольку при их слиянии, помимо
равенства (10.1), справедлив закон сохранения
массы
Мс = М1 +
м2
нефтей, то имеют место следующие
соотношения:
V1 V2
Pc =
p, ~ + P ~
4 v
с
или
Pc = P1(1-c) + P2C = P1 + (P2 — P1)c.
Отсюда
находим искомую связь:
Pс
-P1 P2-P1
(10.5)
с
Пример.
Плотность pc смеси двух нефтей в пробе
нефти, взятой из трубы, равна 900 кг/м3.
Определить процентные содержания обеих
нефтей в смеси, если известно, что плотность
первой нефти р1 равна 890 кг/м3, а
плотность второй р2 = 920
кг/м3.
Решение. Вычислим
концентрацию первой нефти в смеси по
формуле (10.5) находим:
900- 920
„cr7
с = — —
0,67;
890-920
с2 = 1 — Cj — 0,33.
10.2.3.
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ
ПРИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ПЕРЕКАЧКЕ
НЕФТЕЙ
При последовательной перекачке
нефтей их концентрации в смеси изменяются
как вдоль оси трубопровода, так и по
поперечному сечению трубы (см. рис. 10.3).
Однако последние изменения не так велики,
поэтому представляют интерес так
называемые средние по сечению
концентрации нефтей, которые также будем
обозначать буквой с, подчеркивая когда
надо, что речь идет
о тех или других.
Средняя концентрация каждой нефти в смеси
плавно изменяется от 0 до 1, поэтому
концентрация с есть функция от
координаты х вдоль оси трубопровода и
времени t, прошедшего от начала процесса
вытеснения:
с = c(x, t).
На рис. 10.5
представлена кривая с = c(x, t0)
распределения средней по сечению
концентрации вытесняющей нефти в смеси в
некоторый момент времени t0. Видно, что
впереди
Рис.
10.5. Схема распределения концентрации
вытесняющей нефти в смеси
области AB
смеси (справа от сечения Б) движется нефть
№1; концентрация с в этой области равна
0.
Позади области AB смеси (слева от
сечения A) движется нефть №2; концентрация
с в этой области равна 1. Между сечениями
A и Б находится область смеси, в которой
концентрация с плавно изменяется от 1 до
0.
Уравнение объемного баланса
нефтепродуктов в смеси. Для описания
процесса смесеобразования в зоне
контактирования последовательно
движущихся нефтей, в том числе для расчета
объема образующейся смеси, используется
одномерная диффузионная модель
продольного перемешивания. Основное
уравнение этой модели является в сущности
уравнением для расчета кривой c(x, t)
распределения концентрации вытесняющей
нефти в смеси. Форма этой кривой позволяет
выявить все характеристики смеси, в
частности, вычислить длину и объем области
смеси.
Поскольку, как уже отмечалось, при
смешении двух нефтей объем образующейся
смеси равен сумме объемов исходных
компонентов, средняя скорость и
движения нефти одинакова во всех сечениях
нефтепровода Q = Su. Поэтому процесс
смесеобразования удобно описывать в
подвижной системе отсчета, перемещающейся
вдоль оси нефтепровода именно с этой
скоростью, и с началом отсчета на границе
раздела контактирующих партий.
Если бы
вытеснение одной нефти другой было полным и
происходило одинаково во всех точках
сечения, то смеси не было бы вовсе: впереди
по ходу движения находилась • ы первая
нефть, а сзади — вторая. Однако вытеснение
одной жидкости другой в разных точках
сечения разное — в центре сечения оно
наибольшее, а у стенок трубы наименьшее.
Клин позади идущей жидкости вторгается в
жидкость, идущую впереди, увлекая вместе с
собой вторую нефть в зону первой. В то же
время из-за малой скорости жидкости вблизи
внутренней поверхности трубопровода
впереди идущая жидкость задерживается и
оказывается в зоне второй нефти.
Турбулентные пульсации размешивают
примесь каждой нефти в другой по сечению
трубы, в результате чего возникает смесь,
определяющая плавный переход от
вытесняющей нефти к вытесняемой.
Введем
величину q(x, t), определяющую объемный расход
вытесняющей нефти через произвольное
сечение x трубопровода (напомним, в
подвижной системе отсчета), так что за время
dt через это сечение перетекает объем q(x,
t)dt вытесняющей нефти.
Если
рассмотреть два близко расположенных
сечения x и (x + Ax) в области смеси (рис. 10.6),
то изменение объема вытесняющей нефти за
время dt в области между этими
сечениями
AV = q(x, t)dt — q(x + Ax, t)dt
или
A V = [q(x, t) — q(x + Ax, t)]dt s —
Axdt. (10.6)
dx
С другой
стороны, это же изменение можно записать
следующим образом:
AV s ^ [c(x, t)SAx]dt,
(10.7)
dt
где S —
площадь поперечного сечения
нефтепровода.
Приравнивая (10.6) и (10.7),
получаем дифференциальное уравнение
объемного баланса вытесняющей нефти в
смеси:
х
х + Ах
S
s dc(x, t) + dq(x, t)
_ 0
dt dx
Это
уравнение отражает простой факт:
изменение
коли
чества вытесняющей
нефти в области между любыми сечениями
трубопровода равно разности количеств этой
нефти, втекающей через первое сечение и
вытекающей через
второе.
Интенсивность массообмена в
области смеси. Для того чтобы решать
дифференциальное уравнение (10.8), необходимо
выявить закономерности массообмена
различных нефтей в области их смеси, т.е.
указать связь объемного расхода q(x, t)
вытесняющей нефти (объемный расход
вытесняемой нефти равен, очевидно, uS —
q(x, t) с параметрами распределения c(x, t)
концентрации в потоке.
На рис. 10.7
представлена схема массообмена в
произвольном сечении области смеси.
Суммарный расход жидкости (смеси нефтей)
через сечение x подвижной системы
координат равен нулю, однако ее перетоки
слева направо и справа налево отличны от
нуля; они равны друг другу по значению, но
противоположны по знаку. Перетекание смеси
через сечение x слева направо с расходом
Wx происходит, главным образом, в
центральной части трубы, в то время как
перетекание смеси в обратном направлении,
справа налево, имеет расход W2 =
—W1 и происходит,
главным образом,
ближе к внутренней
поверхности трубопровода.
Рис.
10.7. Схема массообмена в области смеси
282
Расход W = Wj = — Wj
перетекания определяется
профилем и
(г) осредненных скоростей в интервале 0
< r <
? R,:
R,
W
= 2nJr[U(r)- u]dr. (10.9)
0
Если
принять, что профиль скоростей и (r)
турбулентного течения имеет
логарифмический вид
a(r
)-Umax = -jln (j — rJ ,
(10.10)
то из (J0.9) и (J0. J0) вытекают
следующие соотношения:
и = umax —
4,08v,; R, = 0,805R0; W = 1,26v,S.
(J0.JJ)
В них постоянная k г 0,4
называется константой Кармана, а v,
— динамической скоростью. Последняя
выражается через касательное напряжение
тст трения на стенках
трубы:
Тст = Р v ,2; v,
= д/т
ст/р.
Поскольку тст =
Х/8ри2, где X — коэффициент
гидравлического сопротивления, то
динамическая скорость связана с этим
коэффициентом:
v • -Wu
•
Подставляя выражение для v, в (J0.JJ),
находим связь обменных перетоков W с
расходом Q = uS перекачки:
W = 1,26^8 uS =
0,446VXQ. (J0.J2)
Из полученной
формулы следует, что расходы обменных
перетоков сравнительно невелики. Так,
например, при Х = = 0,025 значение W
составляет 0,071 uS, т.е. всего «7,1 % расхода
перекачки.
Встречные перетоки жидкости
переносят через сечение x подвижной
системы отсчета как первую, так и вторую
нефти, однако средние концентрации с’ и
с» каждой из нефтей в перетоках
разные. Поэтому расход g(x, t) вытесняющей
нефти через сечение x дается выражением:
q(x, t) = Wc’ — Wc” = W(c’ — c»).
В первом
перетоке (слева направо) концентрация c’
равна средней по сечению концентрации
вытесняющей нефти на некотором расстоянии
1J позади сечения x. Во втором
перетоке (справа налево) концентрация
c» равна средней по сечению
концентрации вытесняющей нефти на
некотором расстоянии 12 впереди
сечения x. Длины 1J и 12 можно
было бы назвать длинами путей продольного
перемешивания; они равны расстояниям, на
которых турбулентная диффузия
перемешивает вторгающуюся примесь по
сечению трубопровода.
С точностью до
малых более высокого порядка можно
записать:
c’ = c(x — lj, t) s c(x, t) — lj
—;
dx
(10.13)
c » =
c(x — 12,
t) s c(x, t)
— 12
—
dx
и далее
q(x, t) = — W(1j + I2)
—.
d x
Подставляя сюда выражение
W из (J0. J 2), получаем: q(x, t) = —0,446 Jk
(1J + 12) —uS
d
x
или
q(x, t) = — k—s,
(J0.J4)
dx
где
K = 0,446л/^
(1J — 12)u.
(J0.J5)
Связь, выражающую
пропорциональность объемного расхода q(x, t)
вытесняющей нефти градиенту dc/dx его
концентрации, называют законом
продольного перемешивания, а входящий в
него коэффициент K (м2/с)
—
эффективным
коэффициентом
продольного перемешивания. Подробней об
этом коэффициенте будет сказано ниже. Знак
минус в формуле (10.14) показывает, что поток
каждой нефти в смеси направлен от большей
концентрации к меньшей, т.е. в сторону,
противоположную градиенту ее
концентрации.
Дифференциальное
уравнение продольного перемешивания в
области контактирования нефтей.
Подставляя выражение для объемного расхода
q(x, t) вытесняющей нефти через градиент его
концентрации согласно закону (10.14) в
уравнение (10.8) объемного баланса этой нефти
в смеси, получаем следующее
дифференциальное уравнение:
= ±-(К-Ц .
(10.16)
dt dx /
dxJ
В общем случае коэффициент К
не является постоянным. Поскольку он
зависит от структуры турбулентного течения
в трубопроводе, а она может плавно
изменяться в области смеси (если плотности
и вязкости контактирующих нефтей различны)
при переходе от одной нефти к другой, то К
может быть функцией концентрации с и
ее градиента.
Если же коэффициент К
считать постоянным, то уравнение (10.16)
сводится к хорошо известному уравнению
типа теплопроводности:
дс _ к д
2с dt dx2
(10.17)
В данном случае это уравнение,
называемое уравнением продольной
диффузии. Оно является основным для
описания распределения концентрации c(x, t)
вытесняющей нефти в зоне контактирования, а
также для определения длины и объема
образующейся смеси. Напомним, что это
уравнение справедливо в системе отсчета,
движущейся со средней скоростью и
перекачки.
Эффективный коэффициент
продольного перемешивания.
Количественная теория для расчета
эффективного коэффициента продольного
перемешивания К сводится к выяснению
зависимости длин 11 и 12
перемешивания, входящих в формулу (10.15), от
параметров, характеризующих турбулентный
поток нефти в трубе.
Английский механик
Дж. Тейлор, изучавший дисперсию примеси в
турбулентном потоке жидкости в трубе,
получил для коэффициента К следующую
формулу: которая, если сравнить ее с
выражением (10.15), дает для суммы (l1 +
l2) длин перемешивания значение 4d.
Эта формула была выведена теоретическим
путем для чисел Рейнольдса, больших чем
3-104.
Большинство других
исследователей получали формулы для K
путем обработки экспериментальных данных.
Так, например, формула В.С. Яблонского — А.Ш.
Асатуряна — И.Х. Хизгилова имеет вид:
. 300
60,7 1
,
K ¦ («Re + Re^Jud,
(1019)
а более поздняя
формула А.Ш. Асатуряна — вид:
K =
1,74-Re-0 33ud.
(10.20)
Американский
исследователь Ф. Съенитцер, обрабатывая
результаты промышленных испытаний на ряде
трубопроводов США, предложил
полуэмпирическую формулу следующего
вида:
3,6. i 0,141
K = 1,32-107 I-4J I
LJ ud. (10.21)
Последняя
формула включает эмпирический коэффициент,
учитывающий поправку на расстояние L
перекачки, чего, конечно, в теории быть не
может, так как эффективный коэффициент
продольного перемешивания определяется
только параметрами турбулентности. Однако
формула Съенитцера дает результаты,
наиболее близкие к наблюдаемым в
промышленных условиях.
10.2.4.
ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РОСТ СМЕСИ В ЗОНЕ КОНТАКТА
ДВУХ НЕФТЕЙ
Приведем решение основной
задачи, на которой базируются расчеты
последовательной перекачки нефтей (и
нефтепродуктов).
Задача формулируется
следующим образом: в нефтепроводе, имеющем
длину L и внутренний диаметр d, ведется
последовательная перекачка двух нефтей,
при которой нефть №2 вытесняет нефть №1 с
постоянной скоростью и. В начальный момент
времени (t = 0) нефти располагались так,
что справа от начала координат в
трубопроводе находилась нефть №1 (с = 0),
а слева от 286
начала координат —
нефть <2 (c = 1), при этом
смесь
между ними отсутствовала.
Определить, как возникает и развивается
смесь в зоне контакта нефтей, т.е. найти
распределение c(x, t) концентрации
вытесняющей нефти и вычислить объем
образующейся смеси.
Решение.
Поместим начало отсчета подвижной системы
координат на границу первоначального
контакта нефтей. Тогда начальное
условие для решения уравнения (10.17) будет
выглядеть так:
(10.22)
Кроме того,
имеются краевые условия: при x ^
+ о c = = 0; при x ^ —о
c = 1. Последние означают, что вдали от
области контакта концентрации обеих нефтей
остаются неизменными.
Из соображений
размерности решение этой задачи для
уравнения (10.17) должно зависеть не от двух
переменных x и t отдельно, а только от
одной их безразмерной комбинации
(10.23)
т.е.
c(x, t) = c(Z).
Нетрудно проверить
справедливость следующих
соотношений:
dc
_ dc 1 ; d 2c _
d2c 1 dx dlJKt’ dx2
d|2Kt
Подставляя эти соотношения
в уравнение (10.17), получаем обыкновенное
дифференциальное уравнение для
определения функции c =
c(Z):
—Id? _ d2c
2 dl di2‘
Общее
решение этого уравнения находится
двукратным интегрированием:
(10.24)
0
где
A, B — постоянные интегрирования.
Для
нахождения постоянных интегрирования
используем граничные условия задачи.
Во-первых, при x ^ + <» ‘ ^ + да и с ^ 0;
во-вторых, при x ^ ^ —
»ис^ 1.
Следовательно,
A и B удовлетворяют системе линейных
уравнений:
,-а2/4,
0 = Afe-a/4da
+ B;
0
1 = A J e-a /4da +
B.
0
Имеют место
тождества:
/e-a
/4da =
2/e—‘de —
’
2^ —
л/п;
2
0 0
Je a /4da — -Je a
/4da —
’e a /4da — -д/п,
00
учет которых позволяет найти
A и B в следующем виде:
a — —W; b
— 2
2л/л 2
Теперь
можно записать решение
X ‘,2
1
~^=fe-a
/4da
Сделав замену переменного в = —a/2,
получим
S
л
Наконец, запишем решение задачи в
окончательном виде:
x лДю 1
1
— f e-p2dp -J п J
c(x, t) —
1
(10.25)
Для всех x > 0 при t ^ 0
параметр xA/4Kt ^ да, интеграл в скобках
стремится к л/л /2, с^ 0. Аналогично,
для всех x < 0 288
Рис.
10.8. График функции с = 0,5 erfc
Z:
Z1 — точка, в которой
с = 0,99; Z2 — точка, в которой
с = 0,01
при t ^ 0 интеграл в скобках
стремится к -д/п /2, с ^ 1. Следовательно,
начальные условия (10.22)
выполнены.
Стоящая в круглых скобках
функция часто встречается в задачах
статистики, называется «эрфиком» и
записывается как erfc Z:
Z
erfc Z = 1 —
4L Гe-e
^ Гe—^ dp.
kJ
Ее график представлен
на рис. 10.8. Для вычисления значений функции
erfc Z имеются подробные таблицы.
С
помощью этой функции решение задачи
записывается более коротко:
с= 1 |
с= c(x,tk) |
|
J = 0 |
||
J = h |
||
J = t2 |
||
0,5< |
||
0<i1<i2<i3< |
^— /¦= |
X
Рис.
10.9. Схема распределения концентрации нефти
в смеси для различных моментов
времени
c(x, t) = 0,5erfc0 ,x J.
W 4Kt 2
На рис. 10.9 показано, как
меняется концентрация вытесняющей нефти в
зависимости от координаты x в подвижной
системе отсчета для различных моментов
времени. В начальный момент времени t = 0
она имеет вид «ступеньки»: слева с =
1, справа с = 0. Затем при t > 0
появляется зона плавного перехода от
концентрации 1 к концентрации 0, которая с
ростом времени t постепенно
расширяется.
10.2.5. ДЛИНА И ОБЪЕМ ОБЛАСТИ
СМЕСИ КОНТАКТИРУЮЩИХ НЕФТЕЙ
Область
смеси нефтей определяют
как
область, в которой концентрации
нефтей отличны от 0 и 1, т.е. 0 < с (x, t)
< 1. Как правило, смесь определяют в тех
или иных пределах концентрации, например с,,
< с (x, t) < с,,, где с,, с,, верхний и
нижний пределы концентраций
соответственно. Если с,, = 1 — с,, то говорят о
смеси нефтепродуктов в симметричных
пределах концентрации, например, от 0,01 до
0,99 (от 1 до 99 %) (см.
рис. 10.8) или от
0,02 до
0,98 (от 2 до 98 %) и
т.д.
Пусть, для определенности,
речь идет о
смеси в
симметричных
пределах концентрации. Решив
уравнение
0,5-erfc Z = с,,
относительно
Z, найдем
Z2 = ейс(-1)(2с,,),
(10.27)
где символ (-1)
означает, что
берется функция,
обратная
функции erfc Z (см.
рис. 10.8). Для некоторых пределов
концентрации с,, значения Z2
следующие:
симметричных пределах
концентрации:
lc = 4д/Kterfc(
1)(2с,:
Из этой формулы следует, в
частности, что длина lc области смеси
растет пропорционально jt , т.е. корню
квадратному из продолжительности
перекачки.
Во многих случаях длину
области смеси определяют в симметричных
пределах концентрации от 0,01 до 0,99, т.е.
от
1 до 99 %. В этом случае Z2 = 1,645, и
формула для длины области смеси имеет
вид:
lc = 6,58 -K.
(10.29)
Если интересуются длиной
области смеси при подходе ее середины к
концу трубопровода, т.е. при t = L/u,
то
l = 6,58J KL = 6,58Pe-05
L,
(10.30)
где Pe — так
называемое безразмерное число Пекле:
Pe =
uL.
(10.31)
K
Объем Vc
области смеси контактирующих нефтей в
симметричных пределах концентрации
находится
по
формуле:
Vc =
lcS = 4erfc(
—J)(2c,,)Pe—0‘5Vтр
(10.32)
или для с,, = 0,01
(10.33)
Vc
= 6,58Pe—0‘5Vтр,
где V^ — объем
трубопровода.
Формулы (10.30) и (10.33) при
известном значении K эффективного
коэффициента продольного перемешивания
дают длину и объем области смеси,
образующейся в контакте перекачиваемых
нефтей.
Из формулы (10.33) следует, что
объем Vc области смеси увеличивается
по мере увеличения расстояния L
перекачки:
Vc = 6,58S -j^/L.
(10.34)
В теоретических моделях, в
которых коэффициент K не зависит от
протяженности нефтепровода, объем
смеси
пропорционален 4l , т.е. корню
квадратному из расстояния, пройденного
серединой зоны смеси. Это означает, что если
на первых 100 км нефтепровода образовался
объем смеси
Vc0 м3, то на
вторых 100 км образуется V2Vc0 —
1,41Vc0
третьих — W — 1,73Vc0 м3, на
четвертых — W — 2Vc0 м3 смеси и т.д., т.е.
темпы роста смеси по мере ее продвижения
от начала к концу нефтепровода неодинаковы:
сначала они самые большие, но потом
постепенно уменьшаются.
Пример.
Определить длину и объем области смеси,
образующейся в зоне контакта двух нефтей
при их последовательной перекачке по
трубопроводу с внутренним диаметром 800 мм и
протяженностью 700 км. Коэффициент X
гидравлического сопротивления принять
равным 0,027. Для вычисления эффективного
коэффициента продольного перемешивания K
использовать формулу Тейлора
(10.18).
Решение. Из формулы Тейлора
(10.18) следует:
K — 1,785л/Х или
K — 1,785VXd — 1,78^/0,027-0,800 а 0,235 м. ud
и
Для вычисления объема
смеси используем формулу (10.34):
Vc —
6,58-S^JL — 6,58(3,14-0,82 /4)^0,235-V700000 а 1341
м3.
Длина области смеси находится
делением полученного результата на
S:
Vc 1341
2669 м или » 2,7
км.
S (3,14-0,82 /
4)
Следует однако заметить, что формула
Тейлора дает несколько заниженные
результаты по сравнению с теми, которые
наблюдаются на практике. Поэтому для
расчета объема смеси в промышленных
трубопроводах используется другая формула,
а именно, формула Съенитцера (10.21).
Подставленная в (10.34), она дает для объема
смеси Vc следующее
выражение:
0,43
У
тр
Vc — 2000X181 L3
VTO. (10.35)
При
перекачке нефтей с мало различающимися
значениями вязкостей эта формула дает
результаты, весьма близкие к наблюдаемым на
практике.
Так, например, для исходных
данных, предыдущего примера формула (10.35)
дает:
. 1 0,43 2 yc =
2000—0,02718I—I •3,140-8
—700000 ^ 2942 м3,
/7000002
4
что на 273 м3 больше,
чем получается по формуле Тейлора.
Для
последовательной перекачки жидкостей, в
том числе и нефтей, отличающихся
плотностями и вязкостями, проф. В.И. Марон
предложил модифицировать формулу
Съенит-цера следующим образом:
.
1 0,43
Ус =
1000(8 + Х128)) I
Кр, (10.36)
т.е. вычислять
объем смеси сначала по параметрам
перекачки первой жидкости (субиндекс 1),
потом — второй (субиндекс 2) и брать среднее
арифметическое полученных
результатов.
Входящие в формулу (10.36)
коэффициенты гидравлического
сопротивления X вычисляются согласно
правилам гидравлики. Для этого можно
использовать, например, универсальную
формулу А.Д. Альтшуля (8.10).
10.2.6.
СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ НЕФТЕЙ ПРИ ОСТАНОВКАХ
ПЕРЕКАЧКИ
Полученные формулы для
расчета длины и объема области смеси
пригодны лишь в случае безостановочной
перекачки. На самом деле не один
нефтепровод не работает постоянно в таком
режиме. Существуют плановые остановки,
связанные с аварийным или профилактическим
ремонтом трубопровода, а также
перекачивающих станций, остановки,
вызванные отсутствием ресурса нефти и т.п.
Причем остановки перекачки в определенные
периоды эксплуатации нефтепровода могут
составлять весьма существенную часть
рабочего времени.
При перекачке
нефтепродуктов в безостановочном режиме
разность плотностей контактирующих нефтей
практически не сказывается на количестве
образующейся смеси. При развитых
турбулентных режимах выравнивающая роль
турбулентных пульсаций так велика, что
размешивание контактирующих нефтей по
сечению трубы происходит достаточно полно
и равномерно.
Если же скорость движения
нефтей снижается, то различие их плотностей
приводит к увеличению объема смеси, а при
полных остановках перекачки это различие
играет основную роль в смесеобразовании.
При остановках перекачки исчезает
выравнивающее действие процессов
турбулентного перемешивания и на первый
план выходят иные факторы. Основным из них
является гравитационное растекание в
поле силы тяжести, происходящее
вследствие разности плотностей
перекачиваемых нефтей. Более тяжелая нефть
Т, если она стоит выше более легкой Л,
начинает течь вниз по нижней образующей
трубы, а более легкая нефть поднимается
навстречу ей в верхней части трубы (рис. 10.10).
При этом скорость гравитационного
растекания весьма велика; она может
составлять от 0,3 до 0,5 м/c, так что за 10—15 ч
остановки языки одной нефти могут
проникнуть в другую на расстояние до 10 км и
более.
Однако растекание нефтей
вследствие различия плотностей в
большинстве случаев ограничено. Начавшееся
растекание длится небеспредельно и через
некоторое время после остановки перекачки
прекращается. Причиной этому является
волнообразный характер профиля
трубопровода, в частности, отклонение его
оси от прямой линии.
Поскольку
нефтепровод повторяет рельеф местности, по
которой он проложен, то на его профиле
имеются нисходящие и восходящие участки,
периодически сменяющие друг друга и
образующие U — и П-образные колена. Каждое из
таких колен, если разность h высот
низшей точки первого и высшей точки второго
больше диаметра d трубопровода,
становится непреодолимым препятствием для
языков растекающихся нефтей (рис.
10.11).
Как только более тяжелая нефть
заполнит ближайшее к месту остановки
U-образное колено, в нем образуется
гидрозатвор (линия A—A), останавливающий
дальнейшее
Рис.
10.10 Схема растекания разноплотност-ных
(рЛ < рт) нефтей под
действием ускорения свободного
падения
Рис.
10.11. Схема образования гидрозатвора в
колене нефтепровода
растекание
жидкостей: более легкая Л нефть не в
состоянии двигаться вверх, поскольку для
этого ей потребовалось бы сначала
погрузиться в более тяжелую T нефть, что,
естественно, невозможно.
Таким образом,
«пересеченность” профиля нефтепровода
является главным защитником
последовательно транспортируемых нефтей
от их чрезмерного перемешивания при
остановках. Образующиеся в низинах профиля
гидрозатворы (на разности плотностей
нефтей) останавливают растекание
разноплотностных жидкостей (М.В. Лурье,
1989).
Отсюда следует простое правило:
для предотвращения чрезмерного
растекания разноплотностных нефтей на
границах их контакта рекомендуется
останавливать эти контакты в местах с
наибольшей пересеченностью местности, по
которой проходит нефтепровод.
10.2.7.
ИНТЕГРАЛЬНОЕ СОДЕРЖАНИЕ
НЕФТЕЙ В
СМЕСИ
Для технологических операций
переработки нефтей важны не столько длина и
объем образующейся смеси, сколько
объем одной
нефти, попадающей в
другую,
поэтому вводят понятия
об объемах
примеси J1/2
первой
нефти во второй и
J2/1 второй нефти в первой (рис. 10.12). Эти
объемы пропорциональны заштрихованным
площадям над и под кривой c(x)
распределения концентрации вытесняющей
нефти. Математически они определяются
выражениями:
x +
те
J,/2 = Sj[1 — с(n)]dn; J2/, =
Sfc(n)dn, (10.37)
-те
x
где S — площадь
поперечного сечения трубопровода.
J!2K X |
|||||
№2 |
^74 |
tTx) |
m |
||
— Q |
•V Jin |
j X |
|||
/с
Рис. 10.12. К расчету
примеси одной нефти в другой
Нетрудно
найти сечение x — x, делящее смесь на две
части, для которого сумма примесей J(x) =
J1/2(x) + J2/1(x) будет
наименьшей:
J = о,
dx
[1-с(x)] — с(x) = 0,
откуда
следует, что сечение x — это такое
сечение, в котором c(x) = 0,5.
Если
последовательная перекачка нефтей ведется
в безостановочном режиме, то значение
примеси J1/2 нефти №1, попавшей за
сечение x—x (на рис. 10.12, влево от сечения x) в
нефть №2,
J ,/2( x) =
5j[1-с( n)]dn = 5
f 0,5
П/л/4K-L/U
‘
1 + f
e-р2dp
л/п
dn.
Вычисляя
интеграл, стоящий в правой части последнего
равенства, интегрированием по частям,
получаем для J1/2 следующее
выражение:
1 _
J1/2 (x) = 2Pe
-05УТр
ш(1 — 0,5erfc ш) +
—e
(10.38)
2л/ п
где
ш =
x/(2LPe-05), Pe = uL/K.
Если сечение x—x,
разделяющее контактирующие нефти,
проведено в середине области их смеси, x
= 0, ш = 0, объем примеси
296
J1/2 = J2/1 =
Pe —°’%.
(10.39)
Vn
Сравнивая полученное
выражение с выражением (10.34) для объема
смеси в симметричных пределах концентрации
0,01—0,99
Vc =
6,58•Pe—0‘5Vтр,
находим,
что
J1/2 = J2/1 = 1/(6,5^л/ЛV
^ 0,0857V,.,
(10.40)
т.е.
объем нефти №1, попавшей в нефть №2 (см. рис.
10.12, верхняя заштрихованная область), равен
объему нефти №2, попавшей в нефть №1 (см. рис.
10.12, нижняя заштрихованная область), и
составляет «1/11,6 часть объема области их
смеси. Формула (10.40) может служить для
расчета примеси одной нефти в соседних
партиях.
10.2.8. О
РАСПРЕДЕЛЕНИИ
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ НЕФТИ В СМЕСИ
Многие
физико-химические параметры нефтей при
смешении друг с другом имеют аддитивный
характер, т.е. суммируются пропорционально
их концентрациям. Такими параметрами
являются содержания различных примесей в
нефти, например, солей, серы и т.п.
соединений.
Если какой-нибудь параметр ф
имеет аддитивный характер, то справедливо
равенство
фс = ф1с + ф2(1 — с),
(10.41)
где с — концентрация
одного из нефтепродуктов в смеси, а ф1
и ф2 — значения этого параметра в
каждой из нефтей.
Используя это
свойство, можно выдвинуть условие, которому
должен удовлетворять минимально
допустимый к перекачке объем Vj, партии
нефти, имеющей значение ф1
рассматриваемого параметра, для того чтобы
после добавления к ней половины объема
Vc смеси с нефтью, у которой этот
параметр имеет значение ф2, значение ф
изменилось не более, чем на p % от
первоначального значения.
Имеем:
J 2/1 |ф 2-ф1
^ф!
р. (10.42)
<
Подставляя в это
неравенство значение J2/1 из формулы
(10.40), получаем искомое ограничение в
следующей форме:
8,57
Р
К
1
—
Ф1
Vc.
(10.43)
10.3.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА
НЕФТЕПРОВОДА ПРИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ
ПЕРЕКАЧКЕ НЕФТЕЙ
Принципы
гидравлического расчета работы
нефтепровода при стационарных режимах
перекачки сформулированы в гл. 8. В большой
степени они применимы также к расчету
нефтепроводов, по которым ведется
последовательная перекачка нефтей с
различными свойствами. Несмотря на то что
такие процессы (связанные с постепенным
замещением одной жидкости другой) строго
говоря не являются стационарными, все
же происходящие изменения совершаются
достаточно медленно, поэтому инерцией
жидкости можно пренебречь.
Особенности
гидравлического расчета последовательной
перекачки нефтей связаны с тем, что в
трубопроводе находится одновременно
несколько нефтей с различными плотностями
и вязкостями. По этой причине параметры
работы отдельных участков нефтепровода
постепенно изменяются. Если отличия
плотности и вязкости нефтей незначительны,
то движение партий практически не
сказывается на гидравлических
характеристиках трубопроводной системы.
Если же эти отличия велики, то в
нефтепроводе могут возникать осложнения,
связанные с уменьшением КПД работы
перекачивающих агрегатов, возникновением
волн давления при прохождении партий через
перекачивающие станции, появлением или
исчезновением самотечных участков, а также
с необходимостью регулирования работы
насосов для поддержания минимально
допустимых подпоров перед станциями и
предотвращения перегрузок в линиях
нагнетания.
Если на участке
нефтепровода (рис. 10.13) происходит
вытеснение одной нефти другой, а плотности
и вязкости этих жидкостей отличаются друг
от друга, то уравнение Бернулли (8.1) в
обычном виде неприменимо. Предполагая
процесс замещения нефтей практически
стационарным (или, 298
Рис.
10.13. К гидравлическому расчету участка
нефтепровода при вытеснении одной нефти
другой
как говорят,
квазистационарным) и пренебрегая
протяженностью зоны смеси (xc), запишем
уравнения Бернулли для участков (x1,
xc) и (xc, x2)
трубопровода, занятых соответственно
нефтью №1 и №2:
(10.44)
[Л. + z 11
— Г-Ег— + z 21 = h,
/p 2 g 2 /- 2
g 2
Здесь p1, p2 —
плотности нефтей; h1-c; hc-2 —
потери напора на участках, занятых нефтью
№1 и №2, соответственно; zc — высотная
отметка профиля трубопровода в месте
контакта партий.
Исключив из этих
уравнений давление pc в месте контакта
партий, получим обобщенное уравнение
Бернулли для рассматриваемого
случая:
p1|— + Z1| —
p 2— + Z 2 | = (p1 — p
2)z c + p1h1- c
+ p 2 hc- 2
(10.45)
/
p1- 2 /p 2 g
2
zc, получим еще одно
уравнение:
(10.46)
. р1 1 1 + z1l |
— (¦— + Z2 1 |
_ pc + h1-c + hc-2* |
/ p19 2 |
/р29 2 |
P1P |
В
пренебрежении потерями напора на местных
сопротивлениях величины h1-c и
hc-2 обозначают здесь потери напора на
участках (х1, xc) и (xc,
x2) соответственно:
где
L1-c, Lc-2 — протяженности этих
участков.
Уравнение (10.45) служит для
определения скорости и перекачки, а
уравнение (10.46) — для определения давления
pc в месте контакта
нефтей.
Пример. По участку
нефтепровода (L = 125 км, D = 820 мм, S = 10 мм,
А = 0,25 мм) ведется перекачка двух нефтей:
<1 вытесняемой нефти (p1 = = 890
кг/м3, Vj = 25 сСт) и №2 вытесняющей
(p2 = 920 кг/м3, v2 =
=
40 сСт), так, что давление
на выходе станции равно 6,2 МПа. Рассчитать
расход перекачки в момент когда граница
контакта между вытесняющей и вытесняемой
нефтями находится в 40 км от станции, если
высотные отметки начала и конца участка
равны 50 и 120 м, соответственно, а зоны
контакта нефтей — 80 м. Давление в конце
участка трубопровода равно 0,5 МПа. Принять,
что самотечные участки в трубе отсутствуют,
а потерями в местных сопротивлениях
пренебречь.
Решение. Для расчета
используем уравнение (10.45). Подставляя в
него исходные данные, получаем
/
0,800 2-9,81j / 0,800
2-9,81)
или
u2(4,51X2
+ 9,28X1) = 1.
Это уравнение решаем
последовательными приближениями. Сначала
полагаем Х2 = 0,025, = 0,022. Тогда
из последнего уравнения находим: и
а
а 1,78 м/c. Вычисляем: Re2 = 33000,
Re1 = 52800. Вычисляем
коэффициенты
гидравлического
сопротивления: Х2 = 0,11 ^0,00031+68/33000
= 0,0243 —
нефти №2 и Х2
= 0,11 ^0,00031+68/52800 =
0,2199 — нефти
№1.
Ограничиваясь вторым приближением,
получаем
= 0,8973 м3/с или 3230 м3/ч.
300
Уравнения (10.45) и (10.46) можно записать в
терминах
напоров:
P1H1 _
P2H2 = (Р1 — P2)^c + P1^1_c +
P2^c-2l
(10.47)
H1 _ H2 =
Pcta^+ h1_c + hc_2.
P1P
2g
Из второго уравнения
следует, что разность напоров (H1 _
H2) между началом и концом
трубопровода не равна сумме
гидравлических потерь на участках, занятых
первой и второй нефтью; она содержит еще
одно слагаемое, обусловленное разностью
плотностей перекачиваемых нефтей (см. рис.
10.13). Это означает, что напор H(x),
представляемый линией АСДВ
гидравлического уклона, не является
непрерывным; в месте контакта нефтей
существует разрыв СД. Значение этого
разрыва
AH= ДС = ЕД — ЕС = — рс
(10.48)
р1р
2g
называется скачком
напора.
Скачок напора АН = 0, если
р1 = р2, т.е. плотности нефтей
равны; скачок АН < 0 (напор скачком
уменьшается), если р2 > р1,
т.е. менее плотная нефть вытесняет
более плотную нефть; скачок AH = 0
(напор скачком
увеличивается),
если р2 < р1, т.е. более
плотная нефть вытесняет менее
плотную.
Наличие на линии
гидравлического уклона скачков напора
приводит к тому, что при прохождении
границы раздела нефтей с различными
плотностями и вязкостями через
промежуточную перекачивающую станцию
режим ее работы изменяется, и в
трубопроводе генерируются волны давления,
распространяющиеся вверх и вниз по
потоку.
формулы (И.12), (Г1.13} дают
погр«шность. Поэтому для рэсчегов,
тр«буюидх высокой точности, следует
использовать формулы
Рп. кр =
А*/.га,
Тп, кр = k*;J
>
* = Y
(11.14)
j =4- У! У. *i*i [
<
1=1 j=l
При отсутствии данных
о компонентном соетгве фракций С; + в
для газовых месторождений
псевдокритические параметры этих фракций
момно заменить
Рис.
ПЛ. Псевдокритические темгеражуры <а) и
давления <3) д.» С»Нц + в
критическими
параметрами гептана. Для газоконденсатных
месторождений псегз-докритические
параметры С7 + в определяются по
графикам jhc. II. 1 в зависимости от
молекулярной массы.
В том случае, кагдг.
компонентный состав газа пензвестгп.
гсевдокпитиче-ские параметры можно
определить по относительной гготноои газа
(рис. II.2, II.3). При наличии в таза
азота, сероводородз и углекислого газа в
псевдокритл-ческие параметры вводятся
поправки с соответствующим
з:-:акэм.
Приведенными параметрами
называются отношения соотзетстзующих
параметров к их критическим
значенним
A1Р =
Р/Рког
Гпр=Т/Гср.
:iI.16)
Приведенные иарауетры
природного газа определяются как отношения
давления и температуры к их
псевдоиритнческим
значениям.
Критические и приведенные
параметры позволяют использовать принцип
соответственных состояний для определения
коэффициента сверхсжимаемости, вязкости и
некоторых других характеристик
rasa.
Принцип соответственных состояний
заключается в том, ч~о если два или
несколько веществ, удовлетворяющих одному
и -rovy же пр-аедепюму уравнению состояния,
имеют одинаковые два из трех npneejeniibi*
параметров, то и третий приведенный
паргметр будет у пих тгкже одикаков. Тг:-:хзк
в критической точке приведенные параметры
одинаковы и равны единяце, s? итические
состояния всех веществ являются
соответственными.
В общем случае
единого приведенного уравнения состояния,
справедливого для всех без исключения
веществ, не существует. Однако для веществ,
относящихся к одному типу химических
соединений и имеющих близкие значения
критических параметров, закон
соответственных состояний
соблюдается.
а
Рп.к
р,«гс/смг
U2
6
Рис. II.3. Поправки к
псевдокритн-ческим давлениям (в) и
температурам (б), определяемым по рис. 11.2 для
газов, содержащих примеси.
Примесь: / —
HgS; 2 — COt; 3 — N,
Ю
Содержание
неуглеведородного компонента, off.
%
При наличии в газе компоиен-гов,
относящихся к другому классу соединений,
точность расчетов при использовании
соответственных состояний уменьшается в
тем большей степени, чем выше содержание
этих компонентов. В этом случае необходимо
вносить поправки, которые определяют либо
по дополнительным графикам, либо вводя
третий параметр в приведенное уравнение
состояние.
Пример. Рассчитать
псевдокрнтическис параметры газа, состав и
плотность которого приведены в табл.
11.4.
Расчет рч_ и Г по формулам 111.12) и
(11.13) приведен в табл. II.5. Получено: р
=
47,6 кгс/сы , Гкр = 218,37 К-
Р
Определим критические
параметры того же газа по его относительной
плотности.
t, *с |
А |
Б |
t, ‘С |
А |
Б |
24 |
22,800 |
0,1343 |
94 |
624,0000 |
1,40500 |
25 |
24,15 |
0,1403 |
100 |
776,0000 |
1,5300 |
26 |
25,5000 |
0,14630 |
110 |
1093,00 |
2,6200 |
27 |
27,1000 |
0,15290 |
120 |
1520,00 |
3,4100 |
28 |
28,7000 |
0,15950 |
130 |
2080,00 |
4,3900 |
29 |
30,5000 |
0,16675 |
С увеличением молекулярной массы
газа количество паров воды, необходимое для
насыщения газа, снижается. Такое же влияние
на этот показатель оказывают низкие
температуры (переохлажденность
воды).
Растворение солей в воде
уменьшает давление насыщенных паров воды
над раствором и соответственно равновесное
влагосодержание газа.
С учетом
указанных замечаний равновесное
влагосодержание газа можно определить по
формуле
Ь0 = [(А/10,2/? +
(1.2)
где —
поправочный коэффициент, учитывающий
влияние низких температур на равновесное
влагосодержание газа (рис. 1.1);
К2 — поправочный коэффициент,
учитывающий минерализацию воды,
контактирующей с газом (рис. 1.2); К3
~~ поправочный коэффициент, учитывающий
плотность газа (рис. 1.3).
Таким
образом, равновесное влагосодержание газа
можно определять с помощью уравнений (1.1) и
(1.2) и рис. 1.1-1.3.
Температура,
«С
Рис. 1.1. Поправочный
коэффициент, учитывающий влияние низких
температур на равновесную влагоем-кость
газа Ki
Рис. 1.2. Поправочный
коэффициент,
Кг
учитывающий
влияние минерализации W
¦оды, контактирующей с газом, на
равновесную влагоемкость газа
К2
0,9 —
о ю го зо
40
Содержание солей, %
(масс.) Относительная влагоемкость
газа определяется как соотношение
фактических показателей по влагоемкости
газа в двух разных условиях:
Д = b2/bvm.
(1.3)
Пример 1.1. Газ,
имеющий равновесную влагоемкость при
давлении р = 4 МПа и температуре 26 X,
подвергается дожа-тню. После сжатия до
давления р = 5,2 МПа газ охлаждается
до температуры 30 °С. Газ в пласте
контактирует с водой, содержащей 2 % (масс.)
растворенных солей. Относительная
плотность газа 0,99. Требуется определить
относительное влагосодержание
компримированного газа.
Решение. 1.
По уравнению (1.2) определяют равновесную
влагоемкость газа до его сжатия
6, =
[(56,35/10,24,0 + 0,2435 ]0,99-0,95 = 0,723 г/м3.
2.
По уравнению (1.1) рассчитывают равновесную
влагоемкость сжатого газа
^ =
[32,33/5,2-10,2 + 0,1740]-0,99= 0,7420 г/м3.
Относительная
плотность
Ряс. 1.3.
Поправочный коэффициент, учитывающий
влияние платности ггза, на равновесную
влагоемкость К3
духу 0,5545 при 20
°С). Поэтому в случае утечки в закрытом
помещении он собирается сначала в верхней
его части.
2. Нафтеновые
углеводороды — алкены, или цикланы, с общей
формулой С,,Н2п (рис. 1.2, а, б).
Это непредельные соединения. Но
благодаря замыканию углеводородной цепи в
кольцо они имеют насыщенный характер (см.
рис. 1.2, б). Основные физико-химические
свойства алкенов (олефинов) приведены в
табл, 1,6.
Среди тяжелых газообразных
углеводородов непредельные углеводороды,
или алкены, изредка обнаруживаются в виде
следов или небольших количеств. Среди них
часто встречается этилен С2Н4
(см. рис. 1.2, а). Кроме этилена в эту группу
входят пропилен С3Н6 и бутилен
С4НЯ, При атмосферных условиях
все они газы. От метановых углеводородов
они отличаются значительно более высокими
реакционными свойствами, менее стойки,
легче окисляются и именно по этому в
природных условиях не накапливаются в
залежах. Бутилен при повышенном давлении
будет в жидком состоянии.
3.
Ароматические углеводороды, или
арены, с простейшей общей формулой С^Н^б
содержат в своем составе ароматическое
ядро бензола (рис. 1.2, в). Ароматические
углеводороды часто входят в состав
конденсата газоконденсатных
месторождений.
Теплота сгорания
природного газа от 32,7 МДж/м3 и
выше.
Природные газы, добываемые из
газовых, газоконденсатных и нефтяных
месторождений, состоят из углеводородов
метанового ряда, а также азота (N2),
углекислого газа (С02), сероводорода
(H2S), инертных газов (гелия (Не), аргона
(Ат), криптона (Кг), ксенона (Хе)), ртути.
Содержание метана часто превышает 85 — 98%,
этана, пропана, бутана и пентана колеблется
от 1 до 20 % и более. Кроме того, встречаются
соединения сероорганики, пары летучих
жирных кислот. Содержание азота в природном
газе обычно не превышает 10% (часто 2 — 3%).
Содержание углекислого газа меняется от
долей процента до 10 — 25%. Количество
сероводорода колеблется от 0 до 15 —20% и
более.
Концентрация гелия в большинстве
случаев составляет сотые и тысячные доли
процента.
Среди горючих газов изредка в
небольшом количестве содержится водород
(Н2) и еще реже — окись углерода
(СО).
В табл. 1.7 приведены основные
физико-химические свойства
неутлеводородных компонентов природного
газа. В составе природных газов содержатся
пары воды. До начала
Показатели |
Этилен |
Пропилен |
Бутилен |
Изобутилсн |
Химическая формула |
С2Н, |
с3н6 |
С4Н8 |
/-С4Н8 |
Молекулярная масса |
28,054 |
42,081 |
56,108 |
56,108 |
Массовая доля углерода, % |
85,63 |
85.63 |
85,63 |
85,63 |
Газовая постоянная, Дж/(кг • К) |
296,5 |
19?,5 |
148,4 |
148.4 |
Температура плавления при 0,1013 |
-169,4 |
-185,2 |
— |
|
Температура кипения при 0.1013 |
— 103,8 |
-47,0 |
+ 14 |
-6,0 |
температура, К |
9,5 |
92.3 |
151,0 |
150,7 |
давление абсолютное, МПа |
50,6 |
46.5 |
34,0 |
— |
Плотносгь газа при 0,1013 МПа и 288 К, |
1,1951 |
1,3003 |
2,3723 |
2,3723 |
Относительная плотность газа по |
0,9748 |
1,450 |
1.935 |
1.935 |
Плотность в |
566 |
609 |
636 |
620 |
газа при |
1,68 |
1,64 |
1.54 |
1,60 |
газа при постоянном объеме Су |
1,34 |
1,44 |
1г45 |
1,46 |
Отношение |
1,25 |
1,17 |
1,10 |
1,10 |
Теплота испарения при 0,1013 МПа, |
502 |
452 |
411 |
398 |
высшая |
49,8 |
48,6 |
48,2 |
48,2 |
низшая Теплота сгорания при 0,1013 |
46,9 |
45,9 |
45,3 |
45,0 |
высшая |
60,0 |
87.0 |
114,6 |
114,6 |
низшая |
56,0 |
81,3 |
108,0 |
107,0 |
Количество воздуха дя сжигания |
15,285 |
21,429 |
28,571 |
28.571 |
высший |
3,2 |
2,2 |
1,7 |
1,7 |
низший |
34,0 |
9,7 |
9,0 |
9,0 |
Температура воспламенения в |
475 — 550 |
… |
… |
… |
Теоретическая |
2240 |
2200 |
2200 |
… |
Коэффициент динамической вяз-кости при 10″ Па-с |
9,4 |
7.8 |
7,5 |
8,0 |
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО
РАЗРЫВА ПЛАСТА
11.1.
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРОВЕДЕНИЯ
ПРОЦЕССА
Гидравлический разрыв
пласта ( ГРП) — это метод образования новых
трещин или расширение некоторых
существующих в пласте вследствие
нагнетания в скважину жидкости или пены под
высоким давлением. Чтобы обеспечить
высокую проницаемость, трещины наполняют
закрепляющим агентом, например кварцевым
песком. Под действием горного давления
закрепленные трещины смыкаются не
полностью, в результате чего значительно
увеличивается фильтрационная поверхность
скважины, а иногда включаются в работу и
зоны пласта с лучшей
проницаемостью.
Образование новых
трещин или раскрытие существующих
возможно, если давление, созданное в пласте
при нагнетании жидкости из поверхности,
становится больше местного горного
давления. Заметим, что образование новых
трещин характеризуется резким снижением
давления в устье скважины на 3-7 МПа.
Раскрытие существующих трещин происходит
при постоянном давлении или его
незначительном увеличении. В обоих случаях
возрастает коэффициент приемистости
скважины, который после ГРП должен
увеличится как минимум в 3-4 раза, что
считают критерием возможности закрепления
трещин песком.
Трещины ГРП в
неглубоких (до 900 м) скважинах имеют
горизонтальную ориентацию, а в глубоких —
вертикальную, наклонную, близкую к
вертикальной. Трещины развиваются в той
плоскости, где отмечаются наименьшие силы
сопротивления, т. е. наименьшее горное
давление. Например, направление развития
трещин на деформированных антиклинальных
складках Предкарпатья преимущественно
совпадает с направлением короткой
оси.
ГРП применяют в любых породах,
кроме пластичных сланцев и глин. Это метод
не только восстановления природной
продуктивности скважин, но и значительного
ее увеличения.
Применяемые
технологии обычных ГРП ньютоновскими
жидкостями предполагают закрепление
трещин (около 5-10 т песка при концентрации
50-200 кг/м3) и обеспечивают
двух-трехкратное увеличение текущего
дебита нефтяных, газовых или приемистости
нагнетательных скважин в низкопроницаемых
пластах с загрязненной призабойной
зоной.
С увеличением количества
песка до 20 т проводят глубокопроникающий
гидравлический разрыв пласта (ГГРП),
который содействует значительному
увеличению фильтрационной поверхности,
изменяет характер притока жидкости от
радиального к линейному с подключением
новых зон пласта, изолированных вследствие
макронеоднородности. Трещины такого ГРП
достигают 100-150 м в длину при ширине 10-20
мм.
Технологии мощных ГРП (МГРП)
осуществляются неньютоновскими жидкостями
— гелями, которые обладают очень большой
кажущейся вязкостью, меньшими
гидравлическими потерями и высокой несущей
способностью закрепляющего агента —
керамического пропанта (до 1000 кг/м3),
обеспечивают увеличение проводимости
широких закрепленных трещин в несколько
раз по сравнению с обычным ГРП. Увеличение
проводимости трещин МГРП достигается за
счет значительного повышения концентрации
закрепляющего агента до 300-800 кг/м3 в
гелях, а общее количество закрепляющего
агента может оставаться на уровне 6-20 т.
Продолжительность эффекта увеличения
дебита скважин после МГРП обычно
составляет 1,5-3 г.
В газоносных
пластах проницаемостью до 0,001 мкм2
применяют массивный ГРП высоковязкими
гелями, во время которого развиваются
трещины длиной до 1000 м, закрепленные
пропантом в количестве до 300 т. Массивный
ГРП — очень дорогостоящий, поэтому он
предусмотрен в смете строительства
скважины и увеличивает ее стоимость на 50
%.
При мощных и массивных ГРП
используют дорогостоящую технику, при
обычных ГРП могут применяться
отечественные техника и материалы
(жидкости, закрепляющие агенты, пакеры,
оборудование устья).
Сравнение
показателей эффективности обычных ГРП и
МГРП, а также стоимости этих процессов
сведетельствует, что, несмотря на
значительно меньшую добычу нефти после
обычных ГРП, экономически они вполне
конкурентоспособны вследствие в несколько
раз меньшей стоимости.
При обычных
ГРП фильтрующейся жидкостью развиваются
глубокие (50-100 м) трещины небольшой ширины (3-5
мм) в глубь продуктивного пласта (а не вверх
или вниз, как при МГРП гелями). При этом
практически не возникают ситуации
выпадания закрепляющего агента (“tip screen
out”) или упаковки трещины, сопровождающейся
ростом давления до допустимого (“frac pack”).
После этого в стволе скважины остается
большая пробка закрепителя. Таким образом,
обычные ГРП фильтрующими жидкостями имеют
хорошие технико-экономические показатели,
осуществляются с меньшими осложнениями, и
их следует применять в дальнейшем наряду с
новыми технологиями.
Технология
обычных ГРП осуществляется по следующей
схеме.
Для проведения обычных ГРП в
скважину на НКТ опускают пакер, который
делит ее ствол на две части и защищает
верхнюю часть эксплуатационной колонны от
высокого давления. Устье скважины
обустраивают арматурой, например 2АУ-700, на
рабочее давление до 70 МПа. Все насосные
агрегаты (до 10) для нагнетания жидкостей
ГРП, например 4АН-700, обвязывают с арматурой
устья скважины через блок манифольда
(1БМ-700). Жидкости для ГРП транспортируют
автоцистернами вместимостью по 20 м3
либо сливают в стационарный резервуар (по 50
м3) общей вместимостью 100-300 м3.
Вспомогательные насосные агрегаты (ЦА-320М)
закачивают жидкость в пес-космеситель (4ПА),
из которого центробежным насосом вначале
только жидкость, а затем жидкость с песком
направляются на выход насосных агрегатов
(4АН-700) для нагнетания в
скважину.
Чтобы провести ГРП, из
скважины поднимают НКТ и другое глубинное
оборудование (насосное, газлифтное),
шаблонируют эксплуатационную колонну,
спускают пакер на НКТ и опрессовывают их.
Процесс ГРП начинается с проверки
приемистости скважины при наименьшем
расходе жидкости разрыва, которую
постепенно увеличивают, например, от 250 до
450, 900, 1500 м3/сут, вплоть до значения, при
котором обеспечивается закрепление трещин
(2000-3000 м3/сут). Далее нагнетают
жидкость-песконоситель, обычно
концентрацией Сп песка 50-200
кг/м3. Концентрация зависит от
вязкости жидкости. В завершение процесса
необходимо вытеснить смесь жидкости с
песком из ствола скважины в пласт
продавливающей жидкостью и закрыть НКТ,
пока давление в скважине не снизится до
атмосферного. После поднимают НКТ с пакером
и спускают глубинное оборудование для
эксплуатации скважины. Обычные ГРП
проводят ньютоновскими жидкостями. Для
проведения обычных ГРП требуется
закрепляющий агент (кварцевый песок) в
количестве Рпс = 10^20 т, фракции 0,6… 1 мм,
жидкость разрыва пласта (Ур = 10^30
м3), жидкость-песконоситель (Уп =
100^300 м3), жидкость для продавливания в
пласт (^пр) песконосителя в объеме той
части полости скважины, по которой
поступают жидкости. Небольшую часть
жидкости -песконосителя без закрепителя,
нагнетаемую после жидкости разрыва для
предварительного раскрытия трещин,
называют буферной жидкостью. Жидкость
разрыва пласта должна быть совместимой с
пластовыми флюидами, хорошо фильтроваться
в низкопроницаемую породу, не уменьшать ее
проницаемости, не греть, быть доступной,
недорогостоящей, поэтому часто используют
водные растворы ПАВ.
Жидкость-песконоситель должна быть
совместимой с пластовыми флюидами, иметь
свойство удерживать песок, плохо
фильтроваться сквозь поверхность трещин,
не гореть, быть доступной и
недорогостоящей. Для обычных ГРП применяют
водные растворы с добавкой 0,1-0,3 % ПАВ и
полимеров (ПАА, КМЦ, ССБ). Например, в
Предкарпатье применение 0,4 %-водного
раствора ПАА обеспечивает развитие и
закрепление трещин песком в количестве до 10
т при концентрации Сп = 100 кг/м3,
объеме жидкости 100 м3 и расходе 2000-3000
м3/сут с применением раствора 0,4%-ного
ПАА. Возможно также проведение процесса
поэтапно в течение двух-трех дней с
закреплением трещин 24-72 т песка по
технологии, осуществляемой в НГДУ
“Долинанефть” (В.Г. Касянчук).
Для
глубокопроницаемых ГРП по технологии
ВНИИнефти (С.В. Константинов) применяют
неньютоновские жидкости с динамической
вязкостью 50-200 МПа-с при скорости сдвига
650-1100 с-1 (q = 2100^3500 м3/сут) и
температуре 20о С не менее 8 ч,
стабильные (2 ч) при пластовой температуре.
Также ВНИИКРнефтью предложена рецептура на
водной основе, содержащая 1-2,5 % КМЦ, 1-3 %
хроматов, 0,2-0,7 лигносульфата, 0,75-2,1 % соли
хлорноватой кислоты, которая применяется
для пластовых температур 60-150 оС.
Новые типы песконосителей разработаны на
Украине. Продавливающая жидкость должна
быть маловязкой и не гореть. Обычно
применяют водные растворы с добавкой 0,1-0,3 %
ПАВ. Для закрепления трещин в скважинах
глубиной до 3000 м, как установлено практикой,
пригоден кварцевый песок. В скважинах
большей глубины, где обычно горное давление
превышает 50-70 МПа, следует использовать
более крепкие
закрепители-пропанты.
11.2.1.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОФИЛЕЙ
ПОГЛОЩЕНИЯ
При проектировании и для
интерпретации результатов обработки
призабойной зоны большой мощности на
многопластовых месторождениях необходимо
иметь представление о характере
проникновения рабочих жидкостей в
продуктивные пласты.
При
исследованиях изменения профилей
приемистости сводовых скважин Долинских
месторождений с изменением давления
нагнетания установлено, что с увеличением
давления и расхода нагнетаемой жидкости
происходит увеличение охвата разреза
заводнением за счет увеличения эффективной
мощности (расширения интервалов
поглощения) и вследствие включения в работу
новых интервалов. Подобное следует,
очевидно, ожидать и при закачке кислоты с
высокими расходами, поэтому с целью
увеличения охвата разреза кислотным
воздействием надо стремиться увеличивать
расход и давление.
Исследование
профилей поглощения до и после 8
гидроразрывов и 16 кислотных обработок,
проведенных в 24 нагнетательных скважинах
Долин-ского и Северо-Долинского
месторождений методом термометрии и
расходомером показало, однако, что после
операций, как правило (79 % случаев), профиль
приемистости не изменился (охват по
мощности до 30 %), хотя приемистость
отдельных интервалов значительно
увеличивается. При этом успешность
операций составила 90 %, а дополнительная
закачка на одну обработку — 45,4 тыс.
м3.
На рис. 11.1 приведены профили
приемистости скв. 270 Д и 260 Д До-линского
месторождения до ГРП и после
него.
Скв. 270 Д, в интервале 2850-2950 м
оборудованная фильтром, вскрыла выгодские
отложения. Данные о ГРП приведены в табл. 11.
1.
Как видно из рис 11.1, основная
трещина образовалась в интервале 2907-2913 м,
поглощающем 155 м3/сут (47 % всей
закачиваемой воды.) Одновременно произошло
увеличение приемистости остальных
поглощающих пластов в 3-4 раза,
свидетельствующее об их очистке, а
возможно, и об об-
Т а б л и ц а
11.1
Параметры ГРП в нагнетательных
скважинах
Номер сква жины |
Глубина, м |
Толщина, м |
Про ницае мость, 10-3 мкм2 |
Зака чано воды, м3 |
Зака чано песка, т |
Сниже ние давле ния, МПа |
Градиент давления в начале |
Расход во время сниже ния, м3/сут |
Приемистость, м3/сут |
Продолжительность |
|
до ГРП |
после ГРП |
||||||||||
604 Д |
1820 |
78 |
3,9 |
349 |
9,0 |
— |
— |
— |
10 |
44 |
27 |
270 Д |
2900 |
51 |
7,5 |
258 |
5,0 |
4,0 |
0,018 |
1800 |
46 |
85 |
63 |
203 Д |
2950 |
69 |
3,5 |
414 |
1,7 |
5,4 |
0,0215 |
2100 |
45 |
105 |
26 |
505 Д |
2250 |
50 |
3,0 |
92 |
— |
2,0 |
0,021 |
1800 |
80 |
Не определены |
|
505 Д* |
2250 |
50 |
3,0 |
214 |
— |
3,0 |
0,0197 |
2800 |
80 |
211 |
37 |
549 |
2950 |
16 |
1,5 |
457 |
10,5 |
6,0 |
0,0227 |
1800 |
50 |
150 |
13 |
282 Д |
2925 |
60 |
0,7 |
270 |
1,7 |
7,0 |
0,0205 |
1800 |
Не принимала |
— |
|
Повторно. |
Рис.
11.1. Профили поглощения нагнетательных
скважин до ГРП и после него:
а
— скв. 270 Д; б — скв. 260 Д; 1 — по данным
термометрических исследований до ГРП; 2
— исследование расходомером после
ГРП
разовании неглубоких трещин.
Следует отметить, что пласт в интервале
2905-2913 м состоит из прослоев песчаников и
алевролитов, которые по геофизическим
данным не характеризуются максимальной
проницаемостью, равной здесь (1,4^3,4)10-3
мкм2. В то же время в разрезе имеются
пласты с большей проницаемостью (5^7)10-3
мкм2 в интервалах 2892-2895 и 28972903 м, п
риемистость которых значительно меньше.
Такое большое увеличение приемистости в
интервале 2905-2916 м вызвано, очевидно,
образованием высокопроницаемой
трещины.
В скв. 260 Д, обсаженной фильтром в
интервале 2260-2440 м, проведено два ГРП. При
первом в пласт закачано 10,2 т песка, при
втором — 7,2 т. После ГРП приемистость
увеличилась от 150 до 230-280 м3 сут и
дополнительная закачка составила 75 тыс. и 176
тыс. м3 воды соответственно. Тр е-щина
образовалась в кровле пласта песчаника в
интервале 2350-2353 м, поглощающем около 50 % всей
закачиваемой воды. Поскольку ниже, до 2376 м,
простирается мощный пласт песчаника, то
можно полагать, что трещина направлена
вниз. Таким образом, даже при столь большой
вскрытой мощности и многопластовости
трещины образуются обычно в одном
пласте.
Для выявления мест
поступления кислоты и оценки эффективности
охвата по мощности кислотным воздействием
при градиентах давления 0, 01440,0180 МПа/м в
четырех скважинах были сняты термограммы
через 2 — 3 ч после окончания закачки ее в
пласт. В нефтяной скв. 74 СД термометрия
проведена после закачки в пласты 11,4 м3
кислотного раствора при расходе 260
м3/сут и градиенте давления 0,0160 МПа/м.
В нефтяных скважинах кислота поглощалась
несколькими пластами общей мощностью 5-27 м,
а в нагнетательных — после закачки кислоты
профиль приемистости не
изменился.
Обобщая результаты
исследований, приходим к выводу о
необходимости применения в данных условиях
поинтервальных обработок.
11.2.2.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РАСКРЫТИЯ И
РАЗВИТИЯ ТРЕЩИН
Раскрытие трещин
при нагнетании жидкости в скважину принято
изучать по индикаторным кривым. Для
нагнетательных скважин индикаторные
кривые строят по результатам исследования
при установившихся режимах. В процессе
кислотной обработки и ГРП, когда закачка в
скважину происходит всего в течение
нескольких (2-4) часов, представляет интерес
установление промежутка времени,
достаточного для получения в
рассматриваемых условиях
квазиустановившегося режима поглощения.
Многочисленные исследования приемистости
в Предкарпатье показали, что при расходе 225
м3/сут это время обычно не превышает
8-15 мин, а с увеличением расхода в 24 раза
может иногда возрастать. О плохой связи
скважин с пластом можно судить по
наблюдениям темпа снижения давления после
прекращения закачки жидкости в скважины.
Для перераспределения давлений требуется
много времени, и поэтому темп снижения его в
скважинах невысок. Например, в скв. 603 Д
давление снизилось от 19 до 15 МПа за 30 мин, а в
скв. 616 Д -от 21 до 20 МПа за 40
мин.
Многократное, в 6-10 раз,
увеличение коэффициентов приемистости при
давлении на устье 19-21 МПа по сравнению с
приемистостью при давлениях закачки 15 МПа
свидетельствует о раскрытии
трещин.
О поведении пластов при их
эксплуатации можно судить, сопоставляя
индикаторные кривые скважин Долинского
месторождения, снятые при отборе и
нагнетании, приведенные на рис. 11.
2.
Характер кривых, прямолинейных в
области отборов (- Ар) и вогнутых к оси
расхода при нагнетании (+АР),
свидетельствует о том, что пласт пористый в
пластовых условиях, а имеющиеся в нем
трещины сомкнуты и раскрываются при
некотором избыточном
давлении.
Приведенные примеры
подтверждают мнение о низкой проницаемости
пород призабойной зоны и незначительной
фильтруемости в пласт маловязких жидкостей
(воды) через стенки скважины и поверхности
раскрывшихся трещин и указывают на
возможность раскрытия трещин при кислотных
об-
Рис.
11.2. Индикаторные кривые скважин Долинского
месторождения, снятые при отборе и
нагнетании:
Q, т/сут — дебит
при эксплуатации; Q, м3/сут —
приемистость при нагнетании; +Ар — репрессия
на пласт; -Ар — депрессия на пласт. Цифры
у кривых — номера скважин
Рис. 11.3. Индикаторные кривые
ГРП:
I — скв. 604 Д; II — скв. 270
Д; III — скв 203 Д; 1, 2, 3 — режимы, при
которых производилась закачка песка в
пласт; Ар — р епр ес-сия на пласт при ГРП; q
— расход жидкости
0 Ш 1200
2000
2800
|_I_I_I-
|
(j, м3/сут
Рис.
11.4. Индикаторные кривые ГРП:
I, II — скв. 505 Д; III — скв. 549 Д;
IV — скв. 282 Д; 1, 2, 3, 4 — режимы, при
которых производилась закачка песка в
пласт; Ар -репрессия на пласт при ГРП; q —
расход жидкости
обработках и ГРП,
проводимых даже при невысоких (200-300
м3/сут) расходах.
Изменение
приемистости скважин при высоких расходах
можно проследить по индикаторным кривым
ГРП, характерным для местных условий,
приведенным на рис. 11.3 и 11.4 (см. также табл.
11.1), которые анализировали по данным 15
ГРП.
Анализ индикаторных кривых ГРП
(кривые давление — расход) показывает, что
изменение забойного давления происходит
по-разному. В одних случаях на протяжении
всего ГРП наблюдается только рост давления
(см. рис. 11.3, кривая I), а в других — его
снижение. Снижение давления иногда
происходит медленно (см. рис. 11.3, кривые II, III;
рис 11.4, кривая II), а в некоторых случаях
очень быстро, скачком (см. рис. 11.4, кривые I,
III, IV).
Параметром, с помощью
которого управляли процессом ГРП, в
рассмотренных случаях являлся расход. В
связи с этим индикаторные кривые разделим
на несколько областей, соответствующих
определенным диапазонам
расхода.
При изменении расхода в
пределах первого диапазона (интервал О
-А) происходит рост забойного давления до
значения, достаточного для раскрытия
естественных трещин. На рисунках этот
участок кривой по причинам, вызванным
величиной масштаба, показан условно прямым.
Во втором диапазоне расхода (интервал А
— Б) дальнейшее его увеличение вызывает
пропорциональный рост давления. В этом
диапазоне раскрытия новых трещин и
развития существующих, по-видимому, не
происходит. Поэтому давление в точке А
близко к давлению, при котором
заканчивается процесс открытия
естественных трещин в
пласте.
Индикаторные кривые, на
которых наблюдается только рост давления
на протяжении всего ГРП, получены по
большинству процессов, особенно (73 %) в
скважинах, эксплуатирующих менилитовые и
манявские отложения. В этих процессах
среднее количество песка на одну операцию
наибольшее, средний расход также высок по
сравнению с другими типами процессов.
Имелись случаи, когда в скважины закачивали
7-17 т песка (см. рис.
11.3, скв. 604 Д) без
заметного повышения давления на устье, что
возможно только при наличии очень развитой
системы естественных трещин большой
емкости. В то же время, несмотря на закачку
столь больших объемов песка, показатели
эффективности этих процессов очень низкие.
По-видимому, это вызвано тем, что стенки
трещин закупорены битумом и минеральным
заполнителем, или раскрывались в
аргиллитах, и поэтому малопроницаемы. Все
это очень усложняет выбор эффективных
методов интенсификации по названным
залежам.
В ряде случаев на
индикаторных кривых за участком кривой
А — Б наблюдается медленное снижение
давления. Это отмечается при постоянном
расходе без закачки песка (см. рис. 11.3,
кривая II, скв. 270 Д; рис. 11.4, кривая II, скв. 505 Д),
а также при наращивании расхода на скв. 203 Д
(см. рис. 11.3, кривая III). Начало снижения
давления наблюдалось, например, по скв. 270 Д
на 40-й мин от начала процесса после закачки
в пласт 60 м3 воды и 2 т песка при
концентрации песка около 30 кг/м3 и
расходе воды 1800 м3/сут. Снижение
давления происходило в течение 50 мин. По
скв. 203 Д снижение давления началось на 30-й
мин от начала ГРП после закачки 30 м3
воды без песка. В конце этого процесса в
пласт было закачано 1,7 т песка при расходе
2050 м3/сут и значительно меньшем
давлении. Медленное снижение давления
происходило в шести операциях ГРП, из них в
четырех после закачки 1,2-2,0 т песка и в двух
во время закачки воды. Медленное снижение
давления происходило после закачки в пласт
больших объемов жидкости, преимущественно
с песком, и при значительных расходах.
Причиной этого, по-видимому, являются
размыв и унос из уже открытых при данных
давлениях трещин загрязняющего материала и
их абразивная очистка. Одновременно
происходит и закрепление трещин, что
повышает эффективность
процессов.
Интересно отметить, что
медленное снижение давления в процессе ГРП
отмечалось в основном в скважинах,
проведенных на выгодские отложения, т. е.
там, где коллекторские свойства пласта
лучше и пласты более выдержаны по
мощности.
В некоторых случаях в
процессе проведения ГРП при достижении
определенной величины расхода и давления
наблюдается резкое падение давления при
постоянном расходе после закачки в пласт
небольшого количества жидкости без песка,
т. е. происходит скачок давления. При этом,
по-видимому, создаются новые трещины в
результате разрыва или расслоения
пласта.
Скачок давления после
закачки незначительных объемов воды
возможен только в том случае, если
пропускная способность системы
открывающихся в интервале расхода О —
А трещин очень ограничена.
Действительно, в шести скважинах из восьми,
по которым замечен скачок давления, до ГРП
приемистость практически
отсутствовала.
Почти во всех
случаях, где наблюдались скачки давления,
пропорциональный рост давления в интервале
А — Б в итоге приводил к созданию на
забое давления, достаточного для получения
скачка (см. рис. 11.4, кривая IV). Но иногда
забойное давление увеличивалось
постепенно при постоянном расходе. Такая
картина наблюдалась при закачке в пласт
воды в процессе ГРП на скв. 505 Д (см. рис. 11.4, I),
где давление возросло на 1 МПа при расходе
1800 м3/сут после закачки в пласт 14
м3 воды. Скачок произошел при
градиенте давления 0,021 МПа/м (градиент
давления определялся как частное от
величины забойного давления, деленной на
среднюю глубину залегания вскрытых
продуктивных горизонтов). В дальнейшем
производили снижение расхода, при котором
было отмечено уменьшение забойного
давления, что свидетельствовало об очистке
трещин и приобщении новой площади
фильтрации.
Интересно поведение
этой скважины во время проводимого через
четыре дня повторного ГРП (см. рис. 11.4,
кривая II) при значительно больших расходах,
который можно рассматривать как
продолжение первого процесса. В этом
процессе рост давления с увеличением
расхода был меньшим, чем при первом ГРП.
Максимально достигнутый градиент давления
составил 0,0197 МПа/м. При этом градиенте
давления в точке, соответствующей расходу
1800 м3/сут, при котором ранее имел место
скачок давления, теперь отмечается резкой
изгиб кривой, а в точках, соответствующих
расходу 2800 м3/сут, наблюдается
медленное снижение давления на 3 МПа.
По-видимому, в процессе ГРП в скв. 505 Д
наблюдалось создание трещин, а затем, при
больших расходах, — их развитие и
очистка.
Рост давления при
постоянном расходе отмечался еще в
нескольких операциях ГРП. Например, на скв.
269 Д после достижения расхода 1600 м3/сут
давление стало повышаться и возросло на 3
МПа после закачки в пласт 22 м3
воды.
Рост давления при постоянном
расходе представляется возможным в том
случае, если открытая ранее система трещин
не в состоянии пропустить объем жидкости,
закачиваемой при ГРП. Сопоставляя данные о
прочности на разрыв пород, подвергаемых
ГРП, с величинами наблюдаемых скачков
давления, можно прийти к выводу, что там, где
прочность породы и величина скачка
давления одинакового порядка и составляют
6-8 МПа происходит собственно разрыв пласта,
а там, где величина скачка давления
значительно меньше (2-4 МПа) по сравнению с
прочностью пород на разрыв (6
8 МПа),
происходит расслоение пород по
напластованию. Первое замечено по четырем
процессам (например, в скв. 282 Д), второе
также наблюдалось в четырех операциях ГРП
(например, в скв. 505 Д).
Характерно, что
среднемесячная дополнительная закачка по
процессам, где произошел собственно разрыв
пласта, составляет 1,22 тыс. м3 воды, а по
процессам, где имело место только
расслоение трещин, — 0,85 тыс. м3.
Эффективность процессов со скачком и
снижением давления значительно выше по
сравнению с процессами, где отмечен только
рост давления. Процессы со снижением
давления происходили при наибольших
расходах со скачком давления при наивысших
давлениях.
В табл. 11.2 приведены
сведения о давлениях начала раскрытия
трещин и максимальных давлениях при
закачке жидкостей, полученные на основе
обобщения опыта гидравлических разрывов
пласта и кислотных обработок, в процессе
проведения работ в Долинском
нефтепромысловом районе. Эти давления
составляют 0,6-0,85 от полного горного
давления, как и в Урало-Поволжье. Средние
градиенты давления определены по 20-70
операциям каждого типа.
Т а б л и ц а
11.2
Градиенты давления при закачке
жидкости на месторождениях
Предкарпатья
Наименование операции |
Число обработок |
Условия, при которых |
Градиент |
Градиент пластового |
|
Пределы изменения |
Среднее значение |
||||
Г идравлический |
61 |
Р = Р0 |
1,21 — 2,19 |
1,59 |
0,90 |
разрыв |
Р |
1,42 — 2,25 |
1,83 |
||
тяных и |
Р = |
1,62 — 2,26 |
1,91 |
||
тельных скважин |
|||||
То же, |
41 |
Р = Р0 |
1,21 — 2,02 |
1,57 |
0,90 |
нефтяным скважи |
Р = Р1 |
1,42 — |
1,82 |
||
нам |
|||||
То же, только |
20 |
Р |
1,25 — 2,19 |
1,62 |
0,90 |
нагнетательным |
Р = Р1 |
1,52 — 2,25 |
1,85 |
||
скважинам |
|||||
Кислотные |
76 |
Р = Р2 |
1,17 — 2,20 |
1,56 |
0,91 |
ки и разрывы плас |
|||||
та нефтяных сква |
|||||
жин |
|||||
То же, по нагнета |
70 |
Р = Р |
1,42 — 2,00 |
1,73 |
0,92 |
тельным скважинам |
|||||
П р и м е ч а н и я . |
1. Условные обозначения: р0 — |
раскрытия тре- |
|||
щин при коэффициенте |
К |
||||
давление при K = 4K0; Р2 |
— наибольшее давление, |
2. |
|||
ратическое отклонение от среднего |
в |
||||
(0,16^0,25)10 МПа/м. |
Градиент давления при кислотном
воздействии, как видно из приведенных
данных, изменяется в тех же пределах, что и
градиент давления начала раскрытия
трещин.
Обобщая изложенное, приходим
к выводу, что при кислотном воздействии,
осуществляемом даже при низких расходах,
может происходить раскрытие трещин,
обусловливающее проникновение кислоты в
пласт не только через стенку скважины, но и
через стенки трещин.
11.2.3. ОЦЕНКА
ОРИЕНТАЦИИ ТРЕЩИН, ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ
ЗАКАЧКЕ ЖИДКОСТЕЙ В ПЛАСТ
Так как
достоверность выводов об ориентации трещин
на основе геофизических измерений
недостаточна и проведение
непосредственных измерений для оценки
ориентации трещин в данных условиях
невозможно, были применены косвенные
мотоды. При этом учитывалось
следующее:
изменение давления
раскрытия трещин с изменением пластового
давления или сдвиг индикаторных кривых по
методике Ю.П. Желтова;
характер
изменения давления при развитии трещин с
увеличивающимся или постоянным
расходом;
сведения о форме
структуры, условиях ее образования,
характере нарушений, трещиноватости
пород;
исследование давления
раскрытия трещин, оценка горного
давления.
Из приведенных на рис. 11.5
зависимостей видно, что при снижении
пластового давления при повторных ГРП в тех
же скважинах забойное давление уменьшается
( скв. 31 Стр., 207 Д), а при повышении
увеличивается (скв. 260 Д). При постоянном
пластовом давлении давление нагнетания
остается практически постоянным (скв. 505 Д).
Такое изменение давления раскрытия трещин
характерно, по Ю.П. Желтову, для образования
вертикальных (наклонных)
трещин.
Изучение изменения давления
при постоянном и возрастающем во времени
расходе при проведении ГРП позволило
выявить в 19 случаях из 69
.„О
800 1600 2400
Ъ,м%т
?U -1-1-1-
pf, мпа
Рис. 11.5. Индикаторные кривые
повторных ГРП при изменении пластового
давления:
!р — давление на забое
при ГРП; q -расход жидкости. Первая цифра
у кривой указывает номер скважины, вторая —
пластовое давление, МПа
обследованных процессов
снижение давления, характерное для
вертикальной ориентации трещин. После
раскрытия трещин скважины поглощают при
больших, до 3500 м3/сут, расходах без
заметного увеличения давления на забое, что
также характерно для случаев вертикальной
ориентации раскрывающихся трещин. По
керновому материалу в данных условиях
преобладает направление естественной
трещиноватости песчаников перпендикулярно
напластованию, т. е. близко к
вертикальному.
Формирование
нефтеносных складок в Долинском
нефтепромысловом районе происходило при
горизонтальных перемещениях — надвиге их на
тортоно-сарматские отложения Внешней зоны
Предкарпатского передового прогиба.
Складки разбиты многочисленными, в
основном поперечными, нарушениями
сбросового типа. В таких условиях, по теории
Хабберта и Виллиса, наименьшее
тектоническое напряжение направлено вдоль
длинной оси складки, и тогда вероятная
ориентация трещин параллельна направлению
естественных сбросов, т. е. вертикальная или
близкая к вертикальной. Таким образом,
плоскость раскрывающихся при ГРП трещин
перпендикулярна наименьшему
горизонтальному напряжению, направленному
здесь вдоль длинной оси складки, и
совпадает с основным направлением
сбросов.
Наконец, привлечем сведения
о давлении раскрытия и развития трещин по
фактическим данным ( см. табл. 11.2), из которых
видно, что давление разрыва всегда меньше
горного давления и равно 0,60-0,85 от его
расчетной величины, в среднем 0,71, т. е.
близко к таковому в скважинах
месторождений Татарии и Башкирии.
На
основании изложенного можно судить о
вертикальной или близкой к вертикальной
ориентации трещин, раскрывающихся при
нагнетании жидкости в продуктивные пласты
Долинских месторождений.
Для
накопления данных о влиянии пластового
давления на давление раскрытия трещин при
ГРП необходимы длительное время и
проведение повторных процессов. Ниже
приведена оценка взаимосвязи этих величин
по данным ГРП в различных скважинах с
использованием методов математической
статистики.
Для этой цели используем
методику Ю.П. Желтова, согласно которой в
случае образования вертикальных
(наклонных) трещин давление разрыва будет
изменяться с изменением пластового
давления.
grad Арр = (1 — v /(1 — v)) grad
Арпл, (11.1)
где grad
Арр — изменение градиента забойного
давления при ГРП, МПа/м; grad Арпл —
изменение градиента пластового давления в
скважине, МПа/м; v — коэффициент
Пуассона.
При сопоставлении
давлений последовательно проведенных ГРП в
скв. 207 Долинского месторождения выявлено,
что изменение пластового давления на 6,6 МПа
вызывало изменение фактического давления
раскрытия трещин на 2,7 МПа. Снижение
давления раскрытия трещин с падением
пластового давления зафиксировано также в
скв. 31 Стр. (Струтынь), 24 СД и др. (рис.
11.5).
На рис. 11.6 показаны зависимости
средней величины градиента давления начала
раскрытия трещин р0 и градиента
давления рр4 при четырехкратном
увеличении коэффициента приемистости
скважины от величины среднего пластового
давления, по данным 60 ГРП нефтяных и
нагнетательных скважин в Долинском
нефтепромысловом районе. Следует отметить,
что при исследовании тесноты связи между
градиентами р0, рр4 и рпл
установлена ве-
Рис. 11.6. Зависимость
давления нагнетания при ГРП от пластового
давления:
1 — по фактическим
данным ГРП при давлении начала раскрытия
трещин; 2 — эмпирическая кривая,
р0 = = 0,0107 + 0,53рпл; 3 — по
фактическим данным ГРП при К1 =
4К0; 4 — эмпирическая кривая,
р1 = 0,0122 + 0,68рпл; 5 — р1 = [1
— v/(1 — v)] рпл при v = 0,25
личина коэффициента корреляции
между указанными величинами, равная 0,34.
Поскольку величина давления раскрытия
трещин зависит еще от целого ряда факторов
(тектонических сил, условий вскрытия и т. д.),
здесь и в любых других условиях трудно
надеяться на существование более тесных
связей. Тем не менее в данном случае и
вообще эти зависимости представляют
значительный интерес для выявления
тенденции изменения давления разрыва и,
таким образом, подтверждают высказанную
гипотезу о вероятном направлении
трещин.
Из рис. 11.6 видно, что линия
4 зависимости grad Ар 1 = 0,0122 + + 0,68 grad
Арпл, рассчитанная методом
наименьших квадратов по опытным данным тех
же 60 ГРП, и линия 5, рассчитанная по
зависимости (11.1), практически совпадают, т.
е. подтверждается вертикальная ориентация
тр е-щин, раскрывающихся в данных условиях.
Подтверждением высказанного мнения может
быть и то, что после раскрытия трещин,
создаваемых при ГРП без заметного
изменения давления на забое, скважины
поглощают при очень высоких расходах (до 3500
м3/сут); такое явление согласно
используемой теории ГРП должно наблюдаться
и при вертикальной ориентации
раскрывающихся трещин.
Таким
образом, можно использовать зависимость
(11.1) для оценки влияния пластового давления
на давление разрыва. Например, при
изменении градиента пластового давления на
0,002 МПа/м (в скважине глубиной 3000 м это
соответствует изменению пластового
давления 3000 х 0,002 = = 6 МПа) фактически
градиент давления разрыва изменится
следующим образом:
grad Арр = {1 —
[0,25/(1 — 0,25)]} 0,002 = 0,00134
МПа/м.
Следовательно, в скважине
глубиной 3000 м при снижении пластового
давления на 6 МПа забойное давление разрыва
снижается примерно на 4 МПа, и, наоборот, в
нагнетательной скважине после
соответствующего повышения пластового
давления забойное давление ГРП
увеличивается.
Из исследований
кернового материала известно, что в данных
условиях встречаются зияющие трещины, а
преобладающее направление естественной
трещиноватости перпендикулярно
напластованию, т. е. близко к вертикальному.
Наличие зияющих трещин указывает на то, что
процесс релаксации напряжений в данных
условиях не закончился, и в таком случае
боковое горное давление здесь должно быть
меньше вертикального.
Поскольку
направление нарушений сбросового типа,
характерных для месторождений
Предкарпатья вертикальное, то направление
трещин, образующихся при ГРП, очевидно,
также вертикально.
Оценка размеров
вертикальных трещин, раскрывающихся при
ГРП, с использованием фильтрующихся
жидкостей, продавливания и кислотной
обработки скважины выполнена по теории А.С.
Христиановича и Г. И.
Барен-блатта.
Проведенные расчеты
свидетельствуют о том, что при средних
параметрах ГРП в пластах толщиной 9-18 м
возможно образование двухсторонних трещин
протяженностью 30-80 м и шириной 3-5
мм.
Практикой ГРП в Предкарпатье
доказано, что при использовании больших (200-
500 м3) объемов маловязких жидкостей
(товарной нефти или воды) и высоких расходах
(более 2000 м3/сут) в рассматриваемых
условиях удается создавать трещины большой
протяженности и ширины, достаточной для
успешного закрепления 10-20 т песка при
концентрации его в жидкости 40-60
кг/м3.
Ширина трещин,
раскрывающихся при продавливании, т. е. при
закачке в пласт нефти или воды одним-двумя
насосными агрегатами с расходом до 0,5
м3/мин, незначительна — до 0,5-0,1 мм, а
протяженность их намного меньше
протяженности трещин, возникающих при ГРП.
После снижения давления в скважине
раскрывшиеся при продавливании трещины
смыкаются.
Приведем оценку размеров
трещин, раскрывающихся при нагнетании
кислоты на примере скв. 74 СД, где
эффективная мощность поглощающих
песчаников со средней проницаемостью 2 •
10-3 мкм2 составляет 22,4 м в
интервалах 2805 — 2820 и 2842 — 2857
м.
Предположим, что при кислотном
воздействии в пласте, залегающем в
интервале 2850,4 — 2856,6 м мощностью 6,2 м и
проницаемостью 2,7 х х 10-3 мкм2,
раскрылась двухсторонняя вертикальная
трещина. Расчетная длина трещины 2,7 м, а
ширина 320 мк. С учетом растворяющего
действия кислоты, по данным наших опытов на
пластинках песчаника, после прокачки
кислоты в течение 1 ч стенки трещин
разложатся примерно на глубину 80 мкм. При
совместном проявлении указанных факторов
после снижения давления в скважине можно
ожидать остаточного раскрытия трещин
небольшой длины и ширины, влияние которых
на приток (если только не произошло очистки
трещины от загрязнения) будет
незначительным.
Существенного
результата следует ожидать от совместного
проявления разлагающих свойств кислоты не
только на стенки трещины, но и на окружающую
пористую среду, т. е. благодаря
искусственному созданию высокопроницаемой
зоны в области проникновения активной
кислоты.
В связи с этим наряду с
выбором оптимальных параметров процесса
при проектировании кислотной обработки
необходимое внимание следует уделять, с
одной стороны, разработке рецептур
растворов, способных хорошо разлагать
породы пласта, а с другой — удерживать
продукты реакции в нейтрализованном
растворе. Последнее необходимо для
создания в около-трещинном пространстве
высокопроницаемых зон, предназначенных для
облегчения движения фильтрационных
потоков к скважине в случае полного
смыкания стенок трещин после снижения
давления на забое.
В качестве
примера рассмотрим влияние величины
пластового давления и параметров на
результат обработок при последовательных
операциях на примере скв. 57,
эксплуатирующей менилитовую залежь
Долинского месторождения, и оценим размеры
образующихся трещин.
Скважиной
вскрыто 15 нефтеносных пластов мощностью
1,0-5,8 м в интервале 2414-2905 м, обсаженном
фильтром. После вывода из бурения дебит ее
составил 31 т/сут при депрессии 18 МПа. Через 2
года дебит снизился до 14 т/сут и проведена
закачка нефти (ЗН) в количестве 30 м3
при расходе 225 м3/сут и градиенте
давления 0,0160 МПа/м (на глубине 2700 м). Затем
проведен ГРП при расходе 2520 м3/сут. В
пласт закачано 50 м3 дегазированной
нефти без песка при градиенте давления 0,017
МПа/м. Дебит скважины увеличился от 12 до 17
т/сут, и за 29 мес после ГРП дополнительно
добыто более 4000 т нефти. Через 3 года
скважина переведена в нагнетательные с
приемистостью 36 м3/сут при давлении на
устье 13,5 МПа. В скважине проведен ГРП с
закреплением трещин, при котором в пласт
закачано 5 т песка с корундом и 380 м3
воды при расходе 3400 м3/ сут и градиенте
давления 0,021 МПа/м. Приемистость скважины
увеличилась до 70 м3/сут. Дополнительно
закачано 3,7 тыс. м3 воды.
На рис.
11.7 показаны индикаторные кривые процессов
на скв. 57. Последовательность изменения
режимов закачки видна по порядковому
номеру точки, а закачанные объемы (6 м3)
указаны в скобках.
Из рис. 11.7 видно,
что при ЗН после заполнения скважины
давление в т. 1 (2) можно принять за
давление начала раскрытия трещин, во всяком
случае не выше его. Величина бокового
горного давления определена по
индикаторной кривой в точке начала
раскрытия трещин при вертикальной
ориентации их и равна 40 МПа. Рассчитанные
значения длины и ширины трещин,
раскрывшихся при ЗН и ГРП, равны
соответственно (двухсторонняя трещина при
мощности пласта 6 м) 3,4 ми 160 мкм, 15 м и 730
мкм.
Ширина остаточного раскрытия
трещины после ЗН составляет 14 мкм и в данных
условиях соизмерима с размерами пор и
естественных трещин, поэтому после таких
обработок, как это неоднократно
подтверждалось на практике, не следует
ожидать значительных приростов добычи
нефти. После высокоскоростного ГРП,
проведенного при больших давлениях,
расходах и с закачкой большего объема
нефти, ширина остаточного раскрытия трещин
после снижения давления в скважине
увеличилась до 68 мкм. Трещины такого
размера уже могут оказать существенное
влияние на прирост дебита.
Кроме
того, рассчитанные при заданных условиях
линейные скорости в трещине при ГРП были в
2,2 раза больше, чем при ЗН, и, таким образом,
условия для струйного и абразивного
размыва стенок обычно содержащимися
о т 800 то то
гот гт 2еоо
лооо,м3/су1
|_I_I_I_I_I_I_I
:
йР, мпа
Рис. 11.7.
Индикаторные кривые при закачке жидкости в
скв. 57 Д:
1 — режимы закачки в
скважины по данным исследования ; 2 — то
же при закачке нефти; 3 — то же при ГРП;
4 — то же при ГРП (повторном); 5 —
режимы, принятые для расчета размеров
трещин
в жидкости
механическими примесями в первом случае
были более
благоприятными.
Указанные факторы
действуют в одном направлении, поэтому
остаточное раскрытие трещин большое и,
следовательно, результат ГРП должен быть
намного лучше результата ЗН. Итак, следует
различать эти операции и отказаться от
практикуемой на промыслах подмены ГРП
малоэффективными закачками нефти при
небольших расходах. После ГРП дебит
увеличился в
I,4
раза.
Сопоставляя значения
градиентов давлений при кислотной
обработке нефтяных и нагнетательных
скважин (табл. 11.2), можно заметить большое
различие их при кислотном воздействии при
практически одинаковом пластовом давлении.
Замеченное различие может быть объяснено,
на наш взгляд, существованием воронок
депрессии в нефтяных скважинах и репрессии
в нагнетательных, вызывающих изменение
условий раскрытия трещин. При ГРП нефтяных
и нагнетательных скважин разность
градиентов давлений закачки значительно
меньше, по-видимому, за счет того, что в
большинстве случаев скважины подвергались
ГРП сразу же при переводе под нагнетание до
закачки больших объемов в пласт, когда
воронки репрессии еще не
сформировались.
Подтверждением
этого предположения может быть замеченное
при повторном ГРП на скв. 57 (уже как
нагнетательной) значительное, примерно на 10
МПа, увеличение давления начала развития
трещин после создания большой воронки
репрессии на пласт.
Одновременно
следует отметить, что повторный процесс
раскрытия трещин протекает таким же
образом, как при первом ГРП, ибо форма
индикаторной кривой
сохраняется.
II.2.5. МЕТОД
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОЖИДАЕМОГО ДАВЛЕНИЯ
ПРИ
ПРОЕКТИРОВАНИИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА
ПЛАСТА В ПРЕДКАРПАТЬЕ
Величина
ожидаемого давления раскрытия трещин и
закрепления их песком при ГРП определяет
выбор техники и технологию проведения
процесса.
В результате обобщения
опыта проведения ГРП на многих
месторождениях выявлено, что с увеличением
глубины залегания давление разрыва
повышается, но в то же время даже при
одинаковой глубине залегания и разных
скважинах одного и того же месторождения
оно различается на 1020 МПа.
Исходя из
этого, статистические методы оценки
давления разрыва не могут здесь служить
основой для расчета ожидаемых давлений;
теоретические же методы применить
невозможно ввиду отсутствия данных о
величине горного давления и
характеристиках пород в скважине.
В
качестве критерия оценки возможности ввода
небольших концентраций закрепляющего
агента (до 250 кг/м3) в ньютоновских
жидкостях в достаточно широко раскрытые
естественные или созданные искусственно
трещины в пласте независимо друг от друга
Г.К. Максимовичем и Д.Н. Кузьмичевым принято
четырехкратное увеличение коэффициента
приемистости скважины по сравнению с его
начальным значением К0.
Для
определения давления раскрытия трещин Г.К.
Максимович предложил достаточно точный
способ, основанный на результатах
исследования скважины, намечаемой для ГРП,
на приемистость жидкостью разрыва
при
Рис. 11.8. Изменение приемистости
скважин, характерное для ГРП:
т. А
соответствует приемистости К0 при
расходе q0 и давлении на забое
р0; т. B — при рр = рр м —
максимальном давлении, достигнутом при ГРП;
т. D -при К = Км — максимальном
коэффициенте приемистости
нескольких режимах закачки с
возрастающим расходом, начиная от q0,
p 0 и К0. Рекомендуется
построить зависимость коэффициента
приемистости от забойного давления (рис.
11.8). На оси ординат следует отложить точку
К0, далее определить точку К =
4К0, перенести ее на экспериментальную
кривую и, опустив оттуда перпендикуляр на
ось абсцисс, найти рр4 — давление при
четырехкратном увеличении
приемистости.
Д.Н. Кузьмичев изучал
влияние забойного давления рр на
изменение коэффициента приемистости К. На
рис. 11.9 показаны зависимости К = =
/(рр), построенные им для ГРП,
проведенных в скважинах нефтяных
месторождений Северного
Кавказа.
Автором показано, что
зависимости К = /(р), могут быть
аппроксимированы линейно, как показано на
рис. 11.9, и описаны эмпирическим
выражением
К = К0 + А
(рр — р0>, (11.2)
где
А = tg в — тангенс угла наклона кривых
к оси давлений; р0 — давление,
равное давлению в начале раскрытия трещин
или несколько превышающее его при К =
К0.
Для составления плана работ
в скважину необходимо осуществлять пробное
нагнетание с целью определения А, К
0, р0 и по полученным данным
рассчитывать ожидаемое давление по
формуле
р = р0 + (п/А)К 0,
(11.3)
где п > 3 —
планируемая кратность увеличения
коэффициента приемистости, обычно
принимают п = 4^6.
На рис. 11.10 приведены
зависимости коэффициента приемистости от
давления по данным 61 ГРП, проведенного на
Долинском, Северо-Долинском, Спасском и
Струтынском месторождениях
Предкарпатья.
Давления начала
раскрытия трещин при нагнетании жидкости в
пласт на предкарпатских месторождениях,
как правило, создают при расходах, меньших
производительности одного агрегата на
низшей скорости (после закачки в пласт до 3-10
м3 жидкости). Двух- и четырехкратный
рост К происходит при расходе 600-1600
м3/сут, который можно создать
двумя-четырьмя агрегатами после закачки в
пласт в среднем 5-30 м3
маловязкой
Рис. 11.11. Изменение
коэффициента приемистости при
моделировании ГРП (по Ю.П. Желтову,
1966):
1 — qц, произведение
расхода жидкости на вязкость жидкости; 2
— коэффициент приемистости К с учетом
вязкости жидкости
нефти или воды. Замечено, что с
ростом давления нагнетания уменьшается
тангенс угла наклона кривых К к оси
давлений А и снижается
К0.
Возникает вопрос,
закономерны ли такие изменения и почему они
происходят.
Рассмотрим результаты
опытов по моделированию процесса ГРП,
выполненные Ю.П. Желтовым (1966) на пористом
проницаемом материале с предварительно
созданной сомкнутой трещиной. На рис. 11.11
можно заметить изменение угла наклона
кривых qц = f(Ap) при изменении
давления.
По данным
экспериментальных кривых Ю.П. Желтова q
ц = f( A p) нами построены кривые
приемистости К = f( Ap) (см. рис. 11.11). При
увеличении давления сжатия образца
ргб, имитирующего боковое горное
давление, р гб (А) < р
гб (В), кривые К = f(Ap) еще больше
реагируют на его увеличение. Приняв
давление при постоянной величине q ц = 10,
равным давлению начала раскрытия трещин, и
рассчитав К0, р0 и К = 4К0
при р 1 = = рр4 (расчетные
точки см. рис. 11.11), видим, что тангенс угла
наклона кривых
А =(К — К 0)/(р1 =
р0) (11.4)
с ростом ргб
уменьшился. Снизился также начальный
коэффициент приемистости К0В
< К0А при постоянном расходе. С
ростом рг б фильтрация жидкости
через пористую среду через поверхность
трещины происходит медленнее, а развитие
трещин затрудняется.
Поскольку при
моделировании процесса развития трещин
кроме qц и ргб из внешних условий
изменялось только ргб, а q ц = const,
естественно предположить, что причиной
изменения характера qц = f(Ap) является
снижение пористости и проницаемости среды
в результате увеличения сжатия породы и
возрастание сил, препятствующих раскрытию
трещины под действием того же
ргб.
Таким образом, физическая
картина опытов на модели совпадает с
картиной (см. рис. 11.9 и 11.10), наблюдаемой в
промысловых условиях.
Отсюда
целесообразно выявить закономерность
изменения угла наклона кривых К = f(p) к
оси давления, т.е. найти зависимость А = tg
в = f (p0) и по известным К0,
p0 в одной точке рассчитать ожидаемое
давление раскрытия трещин до величины,
достаточной для закрепления их песком по
зависимости (11.3). Используем промысловый
опыт ГРП и для каждой кривой (см. рис. 11.10)
определяем по (11.4) значение А в
интервале К0— 4К0. Далее строим
корреляционную таблицу для выявления связи
между А = /(p0). Значение
коэффициента корреляции для ГРП
месторождений Предкарпатья оказалось
равным 0,55, а корреляционное отношение — 0,96.
Результаты расчета свидетельствуют о
наличии тесной криволинейной связи между
указанными величинами.
На рис. 11.12
изображены фактическая и сглаженная кривые
по найденной зависимости для месторождений
Предкарпатья:
А = tg в = 13 650 (10
p0)-1235.
(11.5)
Результаты расчетов
ожидаемых давлений при ГРП по предлагаемой
методике и сопоставление их с фактическими
значениями давлений, зафиксированных в
некоторых скважинах, приведены в табл.
11.3.
Отклонение расчетных данных от
фактических, как видно из таблицы, не
превышает ±3 МПа, что свидетельствует о
хорошем совпадении опытных и расчетных
данных.
Используя формулу (11.5), можно
не только выполнять расчеты ожидаемых
давлений в области давлений, которые
послужили основой для построения опытной
кривой А = /(p0), но и
экстраполировать эти значения. Это
подтверждают расчеты (см. табл. 11.3) по скв. 9
Танява, где глубина залегания продуктивных
горизонтов составляет более 3700
м.
Применение разработанной
методики открывает возможности для
перспективного планирования технологии
проведения ГРП в глубоких скважинах до 5000
м.
Пример применения методики.
Описанный подход применен нами также
для прогнозирования давления разрыва
пласта в скважинах Самотлор-ского
месторождения.
Надежные значения
р0 и К0 могут быть определены
только при псевдо-установившемся режиме
закачки в пласт с постоянным расходом
q0 в течение времени, при котором
давление на устье перестает увеличиваться.
Для этого требуется, как установлено
опытом, 5-15 мин закачки.
Если такие
исследования не проводились или данные их
вызывают сомнение, а в скважине уже
проведен ГРП, то предлагается определить
параметры p 0 и К0, задавшись
q0 = 250 м3/сут, из индикаторной
кривой (рис.
11.13). Анализ индикаторных кривых
ГРП показал, что при изменении расхода в
пределах первого диапазона (ОА) происходит
непропорциональный рост давления до
величины, достаточной для раскрытия
естественных трещин. Если быть точным, то
процесс протекает, следуя кривой 5
(построенной с учетом точек 3). Однако эти
данные обычно отсутствуют, ибо
исследо-
Рис. 11.12. Эмпирическая
зависимость А = f
(!0) Для Предкарпатья:
1 —
по фактическим данным; 2 —
расчетная
Номер |
Месторождение |
Обрабаты ваемый интервал, |
Фактическое значение |
Расчетное значение р, МПа,по |
Отклонение фактическиз начений |
||
скважинь |
м |
К,, м3/(сут-МПа) |
МПа |
р, МПа (при |
зависимости (11.3) |
расчетных, МПа |
|
83 |
Струтынь |
2270-2310 |
14,5 |
37,7 |
440 |
42,4 |
+ 1,6 |
60 |
Северная Долина (менилитовая залежь) |
2475-2637 |
11,0 |
46,1 |
52,8 |
50,8 |
+2,0 |
111 |
Северная Долина (эоценовая залежь) |
3060-3108 |
22,0 |
40,4 |
44,9 |
47,9 |
-3,0 |
269 |
Долина (эоценовая залежь) |
3000-3100 |
6,2 |
64,0 |
66,0 |
67,9 |
-1,9 |
9 |
Танява |
3767-4092 |
12,0 |
63,0 |
72,7 |
70,5 |
+2,2 |
вания редко проводятся при q
< 250 м3/сут, и участок ОА
предполагается линейным.
Во втором
диапазоне расхода (АВ) дальнейшее его
увеличение вызывает пропорциональный рост
давления. Можно полагать, что здесь
раскрытия новых трещин не происходит, а
наблюдается развитие существующих трещин.
Поэтому давление в т. А близко к
давлению, при котором заканчивается
процесс раскрытия естественных трещин в
пласте. Из рис. 11.13 видно, как можно получить
т. А, опустив перпендикуляр из q0 до
пересечения с линией, проведенной по данным
ГРП, а отсюда определить р0 и
К0.
По 19 ГРП выбраны
доступные нам данные, после анализа которых
выявилось, что для расчетов ожидаемых
давлений и расходов при ГРП можно
использовать достаточно надежные данные,
приведенные в табл. 11.4 только по девяти
скважино-операциям.
Поскольку здесь
приемистость зафиксирована при
произвольном не-
0 1000
2000
0,м3/сут
I
I
Рис. 11.13. Характерная
индикаторная кривая ГРП:
1 — т.
А, полученная построением; 2 — режимы ГРП;
3 — исследование на приемистость; 4
-режимы ГРП при закреплении трещин; 5
-изменение приемистости при исследованиях
с наибольшим шагом измерения расхода,
начиная с очень малых его
величин
большом расходе q и
давлении на устье р, а эти параметры по
предлагаемой методике должны определяться
при фиксированном расходе q0
> > 250 м3/ сут и соответствующем
давлении p0, то для
перехода к этим значениям используется
предположение о линейном изменении
давления с ростом расхода (см. рис. 11.13). При
этом определяется угол наклона по
формуле
tg а = (p, — Po)/(qB — qo).
(11.6)
Результаты расчетов угла
наклона приведены в табл. 1.14. Обработка
приведенных данных позволила установить
зависимость угла наклона от давления
закачки на забое p0:
tg а = 0,0093 — 109,4
• 10-6p0
(11.7)
(p0 в
МПа).
Используя зависимость (11.7), можем
определить ожидаемое давление при закачке
в скважину при максимальных или любых
других расходах q0
< < qt
< qM по формуле
Pр.м = Р0 + tg а
^м — qt),
(11.8)
где qм — максимальный
расход, достигнутый при ГРП.
В частности,
в табл. 1.15 приведены расчетные значения
давлений на забое p0 при расходе 250
м3/сут и коэффициенте приемистости
К0 и p^ -при
максимальном расходе.
На рис. 11.14
приведены результаты анализа ГРП в
скважинах Само-тлорского месторождения по
индикаторным кривым, которые построены
путем расчета давления p0 при
приемистости q0 (цифры у кривых
— номера скважин).
Т а б л и ц а
11.4
Исходные данные для расчета
процесса ГРП в скважинах Самотлорского
месторождения
Номер скважины |
Глубина скважин для ГРП, м |
Приемистость при перед ГРП, м3/сут |
Давление, |
Коэффициент |
Максимальные параметры при ГРП |
tg а |
|||
на |
на забое |
пласто вое |
Давление на |
Расход жидко сти, м3/сут |
|||||
627 |
2458 |
432 |
8 |
31,5 |
23,0 |
50,8 |
48,4 |
2016 |
0,01067 |
3P |
2500 |
288 |
10 |
34,5 |
25 |
30,3 |
48,5 |
2160 |
0,00753 |
16627 |
1760 |
300 |
10 |
27,3 |
18 |
32,3 |
41,7 |
2160 |
0,00774 |
6875 |
2285 |
500 |
25 |
46,7 |
23 |
21,1 |
55,7 |
2592 |
0,00043 |
6652 |
2314 |
210 |
11 |
33,1 |
21,6 |
18,3 |
34,4 |
3168 |
0,00291 |
10947 |
2293 |
300 |
14 |
36,4 |
21,3 |
19,8 |
37,3 |
2376 |
0,00043 |
6892 |
2360 |
300 |
15 |
38,1 |
22,6 |
19,3 |
47,5 |
2592 |
0,0041 |
16453 |
1758 |
360 |
11 |
27,1 |
18,0 |
39,6 |
35 |
1872 |
0,00052 |
15317 |
1735 |
480 |
9 |
25,3 |
17,3 |
60 |
31,6 |
2160 |
0,00375 |
Фактические начальные параметры |
Фактические максимальные параметры |
Расчетные |
||||||||||||
Номер |
Расчет- |
Репрес- |
Коэффи |
Давле |
Репрес- |
Расход, |
Коэффи циент |
Откло нение фактичес |
||||||
сква жины |
ное давление на забое, МПа |
сия на пласт, МПа |
циент |
ние на забое, МПа |
сия |
м3/сут |
приемистости максимальный, |
Aq |
tg в |
Давление на забое, |
ких и расчетных давлений |
Отно- ситель- ная ошибка Ар, % |
Расход, A = 4 |
м3/сут A,. = 5,4 |
627 |
29,6 |
6,6 |
37,9 |
48,4 |
25,4 |
2016 |
79,4 |
2,0 |
9,8 |
48,0 |
0,4 |
+7 |
— |
— |
3P |
34,2 |
9,2 |
27,2 |
48,5 |
23,5 |
2160 |
91,9 |
3,4 |
8,1 |
47,6 |
0,9 |
+ 1,8 |
2459 |
3442 |
16627 |
26,9 |
8,9 |
28,1 |
41,7 |
23,7 |
2160 |
91,9 |
3,3 |
11,0 |
37,1 |
4,6 |
+11 |
2147 |
3005 |
6875 |
45,6 |
22,6 |
11,1 |
55,7 |
32,7 |
2542 |
79,3 |
7,1 |
5,6 |
53,5 |
2,2 |
+3,9 |
1354 |
1895 |
6652 |
33,2 |
11,6 |
21,6 |
39,4 |
17,8 |
3168 |
133,5 |
6,1 |
8,4 |
43,5 |
4,1 |
-10,4 |
1892 |
2649 |
10947 |
36,4 |
15,1 |
16,6 |
57,3 |
16,0 |
2376 |
117 |
7,0 |
7,5 |
45,3 |
8,0 |
-21,4 |
1594 |
2229 |
6892 |
37,8 |
15,2 |
16,4 |
47,5 |
24,6 |
2592 |
87,8 |
5,4 |
7,1 |
47,0 |
0,5 |
+1 |
1600 |
2240 |
16453 |
26,7 |
8,7 |
28,7 |
35,0 |
19,0 |
1872 |
136 |
4,7 |
11,2 |
37,0 |
2,0 |
-5,7 |
2181 |
3052 |
15317 |
24,7 |
7,4 |
33,8 |
31,6 |
14,3 |
2160 |
205 |
6,1 |
12,4 |
35,6 |
4,0 |
-12,6 |
2474 |
3464 |
Рис.
11.14. Изменение приемистости скважин при ГРП
скважин Самотлорского месторождения (по
Ю.Д. Качмару, 1991)
Кривые изменения
коэффициентов приемистости с изменением
забойного давления имеют тенденцию к
уменьшению тангенса угла наклона с
увеличением давления, как и в других
регионах. Обработка имеющихся данных (см.
табл. 11.5) методом наименьших квадратов
позволила определить следующую
зависимость изменения угла наклона кривых
приемистости:
tg в = 800 p о-1’3
(11.9)
(p0 в
МПа).
Определено расчетное давление
pp4 при четырехкратном увеличении
коэффициента приемистости по зависимости
(11.3) для условий Самотлорского
месторождения (см. табл. 11.5). Среднее
отклонение фактических ррм от
расчетных pp4 составляет 8,3 %.
11.2.6.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ЖИДКОСТЕЙ ПРИ
ГРП
Для разработки подхода к
планированию расхода жидкости нами
предложено обработать числовые данные об
изменении расхода и давления по каждому ГРП
с построением индикаторных кривых и кривых
изменения коэффициентов приемистости (см.
рис. 11.13 и 11.8). Исходя из этого определяются
основные параметры процессов в характерных
точках (А, В). Для прогнозирования
ожидаемого расхода жидкости при
четырехкратном увеличении коэффициента
приемистости (q = 4) предложена
зависимость
94 = AqKo(pp4 — Рпл),
(11.10)
а для максимального
расхода, обеспечивающего закрепление
трещин (в среднем 10-20 т песка), зависимость
(11.10) имеет вид
9м = А9м
K0(Ap Рр4 — РплХ
ШЛО
где Ap — ожидаемое
увеличение давления pp4 при
максимальном расходе. Принимаем А9м =
5^8 и Ap = 1,06.
При значениях Aq4 = 4
и A^ = 8 прогнозирование ожидаемых
расходов для ГРП в скважинах Предкарпатья
надежно, так как средняя относительная
ошибка определения q4 составила 17
%, а q м = 11 % при максимальных
отклонениях расчетных и фактических данных
не более 30 %. Обычно 9м = = 2000^3000
м3/сут.
Пример применения
методики. Изложенная методика применена
для прогнозирования расходов и давлений
при проектировании ГРП в условиях
Самотлорского
месторождения.
Рассчитаны также
значения максимальных коэффициентов
приемистости Км при наибольших
расходах, достигнутых при уже проведенных
ГРП, благодаря чему определено среднее
значение увеличения коэффициента
приемистости по сравнению с начальным:
Aq = Кк/К0 = 5,4 (без скв. 627,
в которой при ГРП трещина раскрылась
недостаточно и на забое выпал
песок).
После этого определен ожидаемый
расход для ГРП при раскрытии трещин
применяемой жидкостью и их закреплении
песком (при Aq = 4 и Aq = 5,4)
для условий Самотлорского месторождения по
зависимости
q = 4Ko(pp4 — Рпл),
(11.12)
и максимальный расход при
их развитии
Ям = 5,4Ko(AppP4 —
рпл). (11.13)
Расчеты,
выполненные по формулам (11.12) и (11.13),
приведены в табл. 11.5. Сравнение расчетных и
фактических данных, приведенных в таблице,
показывает достаточную точность расчетов
для практического прогнозирования расхода
при ГРП (средняя ошибка 17,7 и 15,2 %). Очевидно, с
накоплением опытных данных коэффициент
Aq будет уточнен, желательно с
дифференциацией по пластам, и возможно, с
учетом свойств жидкостей.
11.3. МЕТОДИКА РАСЧЕТОВ ОСНОВНЫХ
ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА
Давление разрыва
пласта рр — наиболее важный
параметр ГРП. Установлено, что можно
оценить давление разрыва пласта по
значению вертикального горного давления
ргв:
Рр = 0,8 ргв.
(11.14)
Поскольку рр
зависит от напряженного состояния пород,
которое определяется не только глубиной их
залегания, такая оценка очень
ненадежна.
Метод определения ожидаемого
давления разрыва пласта с учетом
напряженного состояния пород, которое
оценивается путем пробного испытания
приемистости скважины, изложен в
подразделе 11.2.5.
Для анализа используют
индикаторные кривые ГРП (см. рис. 11.13). Для
каждой скважины, где планируется ГРП,
необходимо определить давление на забое
р0 с наименьшим расходом жидкости
насосного агрегата q0, равным 220-250
м3/сут, давление на забое рр4,
соответствующее четырехкратному
увеличению коэффициента приемистости
скважины, а также максимальное давление на
забое ррм, достигнутое при ГРП.
Для
Предкарпатского региона
рр4 = 1,15р0;
(11.15)
рр.м = 1,22р0,
(11.16)
откуда
рр.м = 1,06рр4.
(11.17)
Для определения
ожидаемого давления ГРП используют также
понятие вертикального градиента давления
grad р, являющегося отношением давления
р0, рр4, рр м к глубине
H залегания пласта в данной скважине в
виде
В условиях Предкарпатья среднее
значение grad р0 = 0,0164
±
± 0,0027 МПа/м, поэтому, например, для
глубины H = 2800 м ожидается давление
р0 = 46 ± 7,6 МПа, pp4 = 53 МПа и
ррм = 56 МПа. Практическое
применение зависимостей (11.15) и (11.16)
свидетельствует о том, что коэффициент
вариации определения давления разрыва
равен 10 %.
Известен более точный, но и
более трудоемкий способ определения
рр4 с учетом начального коэффициента
приемистости
K = q/(p0 — Рпл)
(11.19)
и тангенса угла tg в кривых
изменения коэффициента приемистости к оси
давлений при условной линеаризации этой
зависимости. Типичная картина изменения
коэффициента приемистости от давления
приведена на рис. 11.8. Расчетная формула
имеет вид (12.3), причем для условий
Предкарпатья найдена зависимость для tg в
(11.5).
Экспериментальный способ
определения ожидаемого давления ГРП с
использованием фактических данных
проведенных ГРП на примере процессов в
скважинах Самотлорского месторождения
описан в подразделе 11.2.5.
Ориентация
трещин. Из теории ГРП известно, что о
вертикальности трещин свидетельствуют
следующие особенности течения процесса:
давление разрыва пласта меньше горного;
увеличение объема нагнетаемой в пласт
жидкости сопровождается снижением
давления; пластовое давление влияет на
давление разрыва пласта. Обнаружено, что в
скважинах предкарпатских месторождений во
время ГРП обычно давление разрыва
составляет 0,7-0,8 горного; давление в устье
скважины после достижения его
максимального значения и при постоянном
наибольшем расходе жидкости очень часто
снижается на 3-7 МПа; влияние пластового
давления на давление ГРП оценивается
следующими экспериментальными
зависимостями:
grad р0 = 0,0107 + 0,53 grad
рпл; (11.20)
grad рр4 =
0,0122 + 0,68 grad рпл. (11.21)
Таким
образом, трещины, раскрывающиеся во время
ГРП в скважинах Предкарпатья, имеют
ориентацию, близкую к
вертикальной.
Расход жидкости. Все
методы расчета необходимого расхода
жидкости во время ГРП базируются на
лабораторных или промысловых
экспериментальных данных.
Согласно
модели G-D Ю.П. Желтова, используют
аналитические решения, приведенные для
расчета размеров трещины. Одновременно,
дополнительно по формулам Гирстма и Де
Клерка, учитывают потери жидкости в стенки
трещины. Это аналитически сложный метод,
требующий применения ПЭВМ.
Другой
подход состоит в отдельном расчете расхода
жидкости q , необходимого для перенесения
песка по трещине, и расхода жидкости для
компенсации фильтрационных потерь
жидкости через ее стенки. Следовательно,
необходимый расход жидкости
qmin = qтр + qф.
Ш.22)
Для переноса песка
по трещине необходимо, чтобы
q = hw/5^,
(11.23)
где q^ — расход по
трещине, л/с; h и w — высота
вертикальной трещины и ее ширина, см; ^ —
вязкость жидкости-песконосителя, мПа •
с.
Расход жидкости для компенсации
количества отфильтрованной жидкости
рассчитывают, используя данные
лабораторного эксперимента. Определяют
фильтрацию данной жидкости через единицу
поверхности натурального образца породы,
подвергающейся ГРП, а затем
рассчитывают
qф = 4hLqфl,
(11.24)
где qф — расход жидкости для
компенсации фильтрационных потерь, л/с;
qф1 — фильтрационные затраты на
единицу поверхности (на две стороны)
трещины, л/(с • см2); h и L —
высота и полудлина трещины, м.
Известен
также простой и надежный подход к
планированию расхода жидкости во время ГРП
с достаточной точностью. Для этого
используют уже описанный способ
исследования отдельной скважины на
приемистость. Ожидаемый самый меньший и
самый большой расход жидкости во время ГРП
определяют с точностью до 20 % по
зависимостям (11.10) и (11.11). Отметим, что
AqH = 8 применяют для жидкостей с
вязкостью, близкой к вязкости пластовой
жидкости, а AqH = 5 для жидкостей с
вязкостью, на два порядка
большей.
Давление на устье скважины
определяют для заданных диаметра НКТ,
глубины их спуска, плотности жидкости и
песка, концентрации песка в жидкости,
вязкости жидкости и ее расхода.
Давление
на устье скважины во время ГРП
(11.25)
где
рпот — потери давления во время
нагнетания жидкости, расчет которых описан
в разделе проектирования ГПП;
ргст — давление гидростатического
столба жидкости, которое определяют с
учетом плотности жидкости.
Масса
закрепителя трещин. Для скважин глубиной
до 3000 м, как свидетельствует промышленный
опыт сотен операций ГРП, проведенных в
Предкарпатье, закрепителем трещин может
быть кварцевый песок, соответствующий
требованиям ТУ 39-982-84. Обычно применяют
песок фракции 0,4-1,6 мм.
Расчет массы
закрепителя (песка) целесообразно
производить с учетом необходимой
поверхности трещины ГРП и удельного
распределения его на единицу поверхности.
Известно, что принятые значения
проводимости трещины ГРП наблюдаются при
удельной концентрации закрепителя тп
= = 0,5 кг/м2, которая соответствует
разреженному монослою. Концентрации,
превышающие тп = 2,4 кг/м2,
соответствуют многослойному размещению
закрепителя. Рекомендуется применять
тп = 5+20 кг/м2.
Оптимальную
полудлину вертикальной трещины можно
определить по эмпирической
зависимости
L = 1
43k0,27,
(11.26)
где L
— полудлина (одно крыло) двухсторонней
вертикальной трещины, м; k —
проницаемость породы, фм2 (1 фм2 =
10-3 мкм2).
Например, для k =
0,01 мкм2 = 10 фм2 необходимо
значение L = 76 м,
а
для 1 фм2 — значение L
= 143 м.
Поверхность двух полудлин
трещины
(11.27)
5тр =
2Lh.
Здесь L определяют по формуле
(11.26); h обычно равняется толщине пласта,
подвергающегося ГРП, м.
Удельное
распределение закрепителя (кг/м2) в
трещине можно рассчитать по эмпирической
зависимости
mn = 4 + 40(m — 0,09) для т
< 0,11, (11.28)
где 0,07 < m
< 0,20 — пористость породы, доля
единицы.
Масса закрепителя (песка), т,
необходимая для закрепления
трещин,
Мп = 5тртп/1000.
(11.29)
Как следует из уравнений
(11.28) и (11.29), в прочных породах малой
пористости количество закрепителя (песка),
необходимое для закрепления трещин,
значительно меньше, чем в мягких породах с
большей пористостью.
Объем жидкостей
для ГРП и концентрация песка. Во время ГРП
в скважину последовательно нагнетают
ньютоновскую маловязкую жидкость разрыва
пласта, буферную и жидкость-песконоситель,
характеризующиеся одинаковыми свойствами,
которые обычно обладают не только
вязкостью, но и часто неньютоновскими
свойствами. В завершение закачивают
маловязкую продавливающую
жидкость.
Объем маловязкой жидкости
разрыва обычно Ужр = 20+30
м3.
Объем буферной жидкости,
поступающей перед
жидкостью-песконоси-телем, должен
обеспечивать раскрытие трещин на ширину,
большую диаметра закрепителя (3-5
мм).
Приближенно объем буферной жидкости
можно определить следующим
образом:
Уб.ж = (0,и0,3)Уж.п.
(11.30)
Объем
жидкости-песконосителя
^ж.п =103
Мпс/Сш (11.31)
где
Сп — концентрация песка в
жидкости-песконосителе,
кг/м3.
Оптимальная концентрация
песка в жидкости-песконосителе зависит от
скорости падения зерен закрепителя
и.
Зависимость скорости падения
песчинок диаметром 0,8 мм от вязкости
жидкости запишем в виде
и =
638^0,73, (11.32)
где и —
скорость падения, м/ч; ^ — вязкость, мПа •
с.
Например, для ^ = 40 МПа • с имеем и =
43 м/ч, для ^ = 2 мПа • с имеем и = 385
м/ч.
Концентрацию песка (кг/м3)
определяют по формуле Сп = 4000/и.
(11.33)
По данным проведения ГРП
на Предкарпатье применяли следующие
концентрации песка в
жидкости-песконосителе: в воде Сп = 15
кг/м3; в воде с 0,4 % ПАА с вязкостью ^ = 40
мПа-с Сп = 90 кг/м3; в смеси гудрона
с фильтратом веретенного масла с вязкостью
^ = 150 мПа-с Сп = 120 + 200 кг/м3; в
жидкости ВНИИнефти (РД 39-0147035-236-89) около 200-
300
кг / м3.
Объем,
м3, продавливающей
жидкости
Уп.ж =
0,785(HTd2BT + (H —
HT)D2BK),
(11.34)
где Hт — глубина
спуска НКТ с пакером, м; H — глубина
залегания пласта, подвергающегося ГРП, м;
йът и DBK — внутренние
диаметры НКТ и эксплуатационной колонны,
м.
Размеры трещин ГРП. Полудлину
вертикальной трещины рассчитываем по
методике Ю.П. Желтова. Зависимость для
расчета полудлины одного крыла
вертикальной двухсторонней трещины в
случае фильтрующейся жидкости имеет
следующий вид:
L =
(Vжп9м^/2п2H2mkpг.6)0’5,
(11.35)
где L — полудлина
трещины, см; VM — объем
жидкости-песконосителя,
см3;
9м — расход жидкости во
время закрепления трещин (qp4, 9м),
см3/с; ^ —
вязкость
жидкости, мПа • с; h — толщина пласта, см;
m — пористость породы, доля единицы; k
— проницаемость породы, см2;
Рг.в =
(АРс + Ap0>/2, (11.36)
Рг 6 —
боковое горное давление, Па; Арс = pp^ —
Р№ Ар0 = Р0 — Рпл.
Боковое горное
давление также оценивают по
формуле
Рг.6 = v/(1 — v) •
Hpng10-6, (11.37)
где
рг 6 — теоретическое боковое
горное давление, МПа; v — коэффициент
Пуассона, обычно v = 0,25; H — глубина пласта
в скважине, м; рп — плотность породы,
кг/м3; g = 9,8 м/с2.
Считают,
что образование трещины возможно, если
перепад между давлением в скважине и
пластовым давлением был больше, чем боковое
горное давление: Арс > рг
6.
Если вязкость
жидкости-песконосителя близка к вязкости
пластовой жидкости, тогда для получения
приемлемых размеров трещины (для
прикарпатских месторождений) в числитель
формулы (11.35) вводим коэффициент условного
увеличения вязкости, приняв
^Усл =
4ц. (11.38)
Ширину трещины
рассчитывают по формуле
W = 4(1 — v)(1 +
v)(Apc — pI^L)/3E,
(11.39)
где v — коэффициент
Пуассона для горных пород, v = 0,25; w —
ширина трещины, см; E — модуль Юнга для
горных пород, Е = (1+8)104
МПа.
Число насосных агрегатов для ГРП
определяют исходя из известных ppr
qm, характеристики единого
агрегата pa1, qa1 и технического
состояния агрегатов Ka1 «
0,5+0,9:
Па = (Рр.у9м)/(Ра19аКа1) + 1.
(11.40)
Продолжительность
проведения ГРП приблизительно оценивают по
следующей зависимости:
t = 1440Шж.р + П.ж
+ Vж.п + V^)/ 9м, (11.41)
где t —
продолжительность ГРП без
подготовительно-завершающих работ,
мин.
Технологическую эффективность ГРП
с вертикальной трещиной в виде кратности
роста дебита после ГРП оценивают по И.В.
Кривоносову из условия притока к скважине с
радиусом горизонтальной трещины Лтр
= 0,25L, эквивалентным части ее полудлины
L:
Ф = Огрп/а =
(lgRK/rc)(lgRK/0,25L),
(11.42)
где Ргрп и Q0 —
соответственно дебиты после и до ГРП;
Лк — радиус контура питания; rc —
радиус скважины.
Если скважина имеет
загрязненную призабойную зону, принимаем
за rc приведенный радиус скважины
rc = гпр.
Развитие
технологии ГРП направлено на изучение
фильтрационноемкостных характеристик
пластов, поля напряжений в пластах,
размеров и формы трещин, их
проводимости.
Для проектирования
процесса применяют сложные расчеты на ЭВМ,
дающие представление о динамике процесса
развития трещин на фоне постоянного
изменения свойств закачанной жидкости под
влиянием температуры, скорости движения по
трещине, инфильтрации в стенки
трещины.
Расширяется спектр жидкостей
для ГРП, совершенствуются примеси,
снижающие инфильтрацию в стенки трещин. В
промышленных масштабах применяют
загущенные спирты и пены для ГРП в газовых
скважинах.
Проблемным остается
инициирование развития трещин в заданном
интервале пласта и развитие их в
определенном направлении, создание
нетрадиционных конструкций насосных
агрегатов высокой продуктивности,
определение способов уменьшения
гидравлических потерь в скважине.
11.4.
ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГРП
Задача 11.1
Рассчитать давление и
расход жидкости во время ГРП. Оценить
возможность ГРП в скважине с
использованием оборудования
предприятия.
Пример
11.1.1
Рассчитать ожидаемые давления и
расход жидкости во время запланированного
в скважине ГРП при следующих условиях:
диаметр эксплуатационной колонны DK =
146 мм; толщина стенки эксплуатационной
колонны 6К = = 10,0 мм; давление
опрессовки эксплуатационной колонны
ропр = 21 МПа, глубина искусственного
забоя H з = 2850 м; глубина, на которой
размещены верхнее и нижнее отверстия
перфорации, H, п = 2744 м, Ннп = 2847 м;
толщина перфорированных пластов (без
пропластков) hD = 35 м, в том числе тех,
которые подвергаются ГРП, h = 12 м;
пластовое давление рпл = 26 МПа;
пластовая температура Тпл = 75 С;
текущий дебит жидкости Q„ = 95 м3/сут;
текущая обводненность W = 0; приемистость
агрегатом q0 = = 250
м3/сут
при давлении р0у = 20
МПа.
Для проведения ГРП спустить в
скважину НКТ марки Е диаметром йт
= 89 мм на глубину 2490 м якорь с пакером
ПВН.
При ГРП применяют следующие
жидкости: жидкость разрыва и
продавливающую жидкость — водный раствор 0,2
% неонола плотностью ржр = = 1000
кг/м3; буферную жидкость и
песконоситель — водный 0,4 %-ный раствор ПАА
вязкостью цж.п = 40 мПа • с и
плотностью ржр = 1000
кг/м3.
Насосные агрегаты УН1-630 х 700А
(4АН-700) обладают максимальным рабочим
давлением 70 МПа, но надежно работают только
при давлении, не превышающем 60
МПа.
Решение
Определим среднюю
глубину интервала перфорации:
Нп =
(Н,.п + Нн.п)/2 = (2744 + 2847) /2 = 2795
м = 2800 м.
2. Рассчитаем давление на забое
р0 во время испытания скважины на
приемистость при давлении на устье
р0у. Так как для этого применяют
маловязкую жидкость (водный раствор ПАВ на
устье) с небольшим расходом (q0 = 250
м3/сут), то гидравлические потери
незначительны —
приблизи
тельно Арзатр =
0,02 МПа/100 м в 89-мм НКТ:
р0 = р0у + Ю^рж.р — 0,01H
Артр;
р0 = 20 + 10-5 • 2800 • 1000 — 0,01
• 2500 • 0,02 = 20 +28
— 0,5 = 47,5
МПа.
3. Находим начальный
коэффициент приемистости скважины для
известных значений q0 и р0:
КК
= Я0/(р0 — рпл) = 250/(47,5 — 26,0) = 11,6 м3/( сут •
МПа).
4. Рассчитаем ожидаемое
давление на забое во время ГРП при
четырехкратном увеличении приемистости по
формуле (11.3). Для этого вначале рассчитаем
по (11.5)
tg в = 13650/(10р0)-1,235 = 13650/(10
• 47,5)-1,235 = 6,75; рр4 = 47,5 + 4 • 11,6/6,75 =
47,5 + 6,9 = 54,4 МПа.
Ожидаемое максимальное
давление во время ГРП по (11.17) ррм =
1,06рр4 = 1,06 • 54,4 = 57,8 МПа.
5. Определим
ожидаемый максимальный расход жидкости для
ГРП по формуле (11.11), приняв Aq = 6,7
для жидкости вязкостью цжп = 40 мПа •
с:
= 6,7 • 11,6(57,8 — 26) = 2472 = 2500
м3/сут.
6. Рассчитаем
давление в устье скважины (на насосных
агрегатах) во время нагнетания в пласты
жидкости разрыва по уравнению
(11.25)
р р.у = р р.м —
р гст + р пот.
7.
Гидравлические потери состоят из
потерь в 89-мм трубах и потерь в 146-мм колонне.
Рассчитаем их для турбулентного
режима:
в трубах
рпот.т = 0,0Шт(6,02 •
105 рж7р5(Ям/1440)1,75 ц
ж,2р5)/(^т — 26т)4‘75 =
=
0,01 • 2500 • (6,02 • 105 •
10000,75(2500/1440)№ •
10,25)/(89 — 12 ) 4,75 =
=
25(6,02 • 105 • 177,8 • 2,62 •
1)/774,75 = 25 • 2804,3 • 105/ 94 37,6 •
105 =
= 25 • 0,307 = 7,67 МПа;
в обсадной
колонне рПОт.к = 0,01(Hn — H^[6,02
•
105рж75(Ям/1440)1,75цж2р5]/Шк
— 26к)4,75 =
= 0,01(2800 — 2500)[6,02 •
105 •
10000,75(2500/1440)1,75 •
10,25]/(146 — 20)4,75 =
= (28
— 25) 2804,3 • 105/ 94 7 89 • 105 = 3 • 0,3 = 0,09
МПа.
Следовательно, гидравлические
потери
рпот = рпот.т + рпот.к = 7,67 + 0,09 = 7,76
МПа.
8. Сравнивая затраты на 100 м
длины НКТ и колонны, а именно, 0,307 и 0,03 МПа/100
м, видим, что последние в десять раз меньше,
поэтому в приближенных расчетах давления
во время ГРП их можно не учитывать. Но мы
произведем точный расчет.
Таким образом,
по формуле (11.25)
Ржру = 57,8 — 28 + 7,76 = 37, 6
МПа.
9. Определим давление во время
нагнетания в пласт буферной жидкости. Для
этого вначале рассчитаем гидравлические
потери в НКТ и колонне по тем же формулам,
как и во время нагнетания жидкости
разрыва.
Анализируя расчеты п. 7 видим,
что гидропотери во время нагнетания вязкой
жидкости с лц ж = 40 мПа • с и рбж =
1000 кг/м3 будут больше, чем при
нагнетании воды, так как (лаж)025 =
40025 = 2,515.
Следовательно, затраты в
НКТ будут увеличены в 2,515 раз, а
именно:
рпотт = 25 • 0,307 • 2,515 = 25 •
0,772 = 19,3 МПа;
Рпот.к = 3 • 0,03 • 2,515 = 3 • 0,075 =
0,226 « 0,2 МПа;
рпот = 19,3 + 0,2 = 19,5
МПа.
Ожидаемое давление на устье во
время нагнетания буферной жидкости
Рв.жу = 57,8 — 28 + 19,5 = 49,3 МПа.
10.
Давление во время нагнетания
жидкости-песконосителя определяем с учетом
влияния песка на гидравлические
потери.
Для этого рассчитаем плотность и
условную вязкость смеси жидкости с
песком.
Плотность смеси
рсм
[СП/(СП +
рпЖрп
рб.ж) + рб.ж;
где
Сп = 90 кг/м3 — концентрация песка
в жидкости; рбж — плотность буферной
жидкости и жидкости-песконосителя,
кг/м3.
Следовательно,
рсм =
90/(90 + 2550) = (2550 — 1550) + 1000 = 0,034 • 1550 + 100 =
= 1053
кг/м3 .
Условная вязкость смеси
Лсм = ^>^xp(3,18 • 0,034) = 44,6 мПа •
с.
Определим множитель увеличения
гидропотерь (расхода)
(Лсм)0,25
= (44,6)0,25 = 2,584.
Следовательно,
потери давления в трубах и
колонне
рпот = 25 • 0,307 • 2,584 + 3 • 0,03
• 2,584 = 19,83 + 0,23 = 20,06 МПа.
Ожидаемое
давление на устье во время закрепления
трещин песком
Ржпу = 57,8 — 28 + 20,06 = 49,9
МПа.
Таким образом, сравнивая
максимальные ожидаемые давления на всех
этапах ГРП (ржру = 37,6 МПа;
р6жу = 49,3 МПа и ржпу = 49,9 МПа),
видим, что они меньше практически возможных
для применяемых насосных агрегатов УН1-630 х
70А (4АН-700) давлений на 60 МПа. Поэтому ГРП в
скважине имеющимися техническими
средствами возможен.
Рассчитать объемы
жидкостей для ГРП и массу закрепителя
трещин (песка) для скважины,
эксплуатирующей эоценовые залежи
Долинского месторождения.
Пример
11.2.1
Основные исходные данные о
скважине приведены в примере 11.1.1. Известно
также, что пористость пород т = 0,13;
средняя проницаемость k = = 0,01 мкм2;
толщина пласта, подвергающегося ГРП, h = 2
м.
Решение
1. Определим
необходимую полудлину вертикальной
трещины, которая должна обеспечить
минимальный прирост дебита по формуле
(11.26):
L = 143k 027 = 143 •
10-0‘27 = 143 • 0,537 = 76,8 м.
2.
Поверхность фильтрации двух полудлин
трещины по формуле (11.27):
5 = 2Lh = 2 • 76,8
• 12 = 1843 м2.
3. Необходимое удельное
распределение закрепителя в трещине по
формуле (11.28)
тп = 10 + 100(0,13 — 0,11) = 12
кг/м3.
4. Масса песка, необходимая
для закрепления трещины, согласно
(11.29)
тп0 = 1843 • 12/1000 = 22,1 т.
5. Объем
жидкости разрыва рассчитываем
соответственно с потребностью
исследования на приемистость с
возрастающим расходом жидкости и начальным
раскрытием трещин. Обычно Ужр = 20 +
30 м3 маловязкой жидкости.
6. Объем
жидкости-песконосителя определяем исходя
из необходимой массы песка и допустимой его
концентрации.
По уравнению (11.33) с учетом
формулы (11.32) рекомендуемая концентрация
песка
Сп = 4000/638^0,73 = 6,27 ц
ж7п3.
Для ^жп =
^бж = 40 мПа • с находим
Сп = 6,27
• 14,77 = 92,6 кг/м3.
Принимаем
допустимую концентрацию песка Кп = 90
кг/м3. Объем жид-кости-песконосителя
определяем по зависимости
(11.31)
Уж.п = 103 • 22,1/90 = 246
м3.
7. Объем буферной жидкости
находим по условию П.ж = 0,3Уж.п = 0,3 • 246 — 74
м3.
8. Объем продавливающей
жидкости рассчитываем по формуле
(11.34)
Упж = 0,785[2500 • 0,0772 + (2800 —
2500)0,1462] = 0,785(14,8 + 6,4) = 16,6
м3.
Таким образом, во время ГРП в
скважину будут закачаны последовательно 30
м3 жидкости разрыва; 74 м3
буферной жидкости; 246 м3
жидкости-песконосителя; 16,6 м3
продавливающей жидкости и 22 т
песка.
Задача 11.3
Рассчитать
размеры трещин, образовывающихся при
ГРП.
Пример 11.3.1
Основная
исходная информация о скважине и процессе
ГРП содержится в условиях и результатах
задач 11.1 и 11.2. Известно также, что
коэффициент Пуассона для пород v = 0,25, а
модуль Юнга E = 104 МПа. Плотность
пород рп = 2600
кг/м3.
Решение
Полудлину
одного крыла двухсторонней вертикальной
трещины рассчитываем по зависимости
(11.35).
Предварительно рассчитываем
боковое горное давление по зависимости
(11.36)
рб.г = (Ар с +
Ар0)/2.
Находим значение Ар0 —
перепада давления между скважиной и
пластом в начале раскрытия трещин, равное
репрессии на пласт на острие трещины в
глубине пласта:
Ар0 = р0 — рпл = 47,5 — 26,0 = 21,5
МПа.
Перепад давления между забоем
скважины и пластом во время ГРП Арс = рр.м —
рпл = 57,8 — 26 = 31,8 МПа.
Следовательно,
ргб = (31,8 + 21,5)/2 = 26,7 МПа.
Для идеально
упругих пород из теоретических соображений
боковое горное давление можно рассчитать
по формуле (11.37)
рт6 = [0,25/(1 —
0,25)]2800 • 2600 • 9,81 • 10-6 = 23,8 МПа.
Из
определенных двух значений выбираем
большее или
ргб = 26,7 МПа = 26,7 •
106 Па.
Рассчитаем полудлину
трещины, образующейся во время нагнетания
жидкости разрыва при таких условиях:
Ужр = 30 м3 = 30 • 106 см3;
q = = 2500 м3/сут = 2900
см3/с; цжр = 1 мПа •
с = 0,001 Па • с;
h = 12 м
=
= 1200 см; h2 = 1,44 •
106 см2; т =
0,13; k = 0,01 • 10-8
см2; по (11.38)
цусл =
= 4ц = 0,004
Па • с.
Подставив значения в формулу
(11.35), находим
L-^ = [30 • 106
• 29000 • 0,004/(2 •
9,86 • 1,44 •
106 • 0,13 • 0,01 •
10-8 х
®жр = [4(1 —
2 • 0,25)(1 + 0,25)(31,8 — 26,7)/(3 • 104)]590 =
= [(4 •
0,5 • 1,25 • 5,1 )/(3 • 104)]590 = 0,25
см.
Очевидно, трещины такой ширины
практически невозможно закрепить песком.
Для увеличения размеров трещины
нагнетаем вязкую
буферную
жидкость без песка по
условиям и расчетам задач 11.1
и 11.2, т.е.
Убж =
= 74 м3 = 74 •
106 см3; цбж = 40 мПа • с = 0,04
Па • с.
Остальные данные берут из
предыдущего расчета.
Полудлина трещины,
образующейся во время нагнетания вязкой
буферной жидкости
L6x = [74 •
106 • 29000 • 0,04)/(2 • 9,86 • 1,44
• 106 •
0,13 • 0,01
• 26,7 •
106)]0‘5 =
= [8584 •
106/(0,01 • 106)]0‘5 = 2930 см =
29,3 м.
Ширина
трещины
®бж = [4 • 0,5 • 1,25 • 5,1/(3 •
104)]2930 = 1,24 см.
Таким образом, после
нагнетания буферной жидкости трещина
раскрыта достаточно широко и развита
глубоко.
Рассчитаем размеры трещины,
которая образуется после поступления в
пласт вслед за буферной жидкостью
жидкости-песконосителя. Дополнительные
исходные данные:
V = Уб.ж +
Уж.п = 74 + 246 = 320 м2 = 320 •
106 см3;
^жп = 40 мПа • с =
0,04 Па • с.
Полудлина трещины LM = [320
• 106 • 29000 • 0,04/(2 • 9,86 • 1,44
• 0,13 • 0,01
• 10-8 •
26,7 • 106]0‘5
=
= [371200 • 106/(0,01 •
106)]0‘5 = 6093 см — 61
м.
Ширина
трещины
шжр = [4 • 0,5 • 1,25 • 5,1/(3
• 104)]6093 = 2,6 см = 0,026 м.
Ширина
трещины, очевидно, в несколько раз завышена.
Оценим объем трещины и сравним его с
объемом закрепителя в количестве 22 т.
Учитываем, что удельный объем песка в
трещине равен 1,6 м3/т. Объем песка,
использованного во время ГРП,
Уп =
Мп/1,6 = 22,1/1,6 = 13,7 м3.
Объем
трещины
Утр = 5тр®ж.п =
2-?ж.п^ж.р = 2 • 61 • 12 •
0,026 = 38 м3.
Таким образом,
объем раскрывающихся трещин может вместить
значительно больше песка, чем закачано с
жидкостью-песконосителем.
Объем
отфильтрованной в пласт жидкости при
ГРП
Уф.пл = Уж.р + У,ж + Уж.п — Утр = 30 + 74 + 246 — 38
= 312 м3.
Пример 11.4.1
По
условиям задач 11.1-11.3 изобразить таблично и
графически изменение основных параметров
во время проведения ГРП. Параметры режимов
ГРП приведены в табл.
11.6
Решение
Для расчета
параметров процесса ГРП задаемся
возрастающим фиксированным расходом
жидкости, отвечающим режимам работы
насосных агрегатов 4АН-700, указанным
ниже.
Номер |
……. 1 |
2 |
3 |
4 |
qt, м3/сут |
……. 276 |
656 |
1313 |
1658 |
Число агрегатов ……… |
……. 1 |
2 |
4 |
4 |
Скорость Частота вращения, |
……. 1 00 |
1200 |
1 1200 |
1500 |
Все остальные значения
расхода зависят от qH, определенного
по формуле (11.11).
Время закачивания для
режимов 1-6 фиксированное, на уровнях
указанных в табл. 11.6, а для 7-10 — рассчитано
как частное деления соответствующих
объемов на расход жидкости.
Давление на
забое во время изменения расхода от 276
м3/сут до 0,85 qH можно определить
по индикаторной кривой.
Давление на
устье рассчитывают по схеме, описанной в
задаче 11.1. Репрессию в пласте определяют
как разницу p0; — рпл = Ар;, а
коэффициенты приемистости — по следующей
зависимости:
K0; =
q;/Ap;.
Результаты расчетов,
выполненных на ПЭВМ для условий нашей
задачи, сведены в табл. 11.7.
Т а б л и ц а 11.6
Параметры режимов ГРП
Номер режима |
Расход жидкости q;, |
Время закачки t |
Время от начала ГРП, мин |
Объем жидкости Vм3 |
Давление на забое Pi МПа |
Давление на устье |
Репрессия на |
Коэффициент |
1 |
276 |
10 |
10 |
qti |
P0i |
P0yi |
APi |
K |
2 |
656 |
5 |
15 |
qt |
P0i |
P0yi |
APi |
ko; |
3 |
1313 |
5 |
20 |
q;t; |
P0i |
P0yi |
APi |
ko; |
4 |
1658 |
5 |
25 |
qt |
P0i |
P0y; |
APi |
K0j |
5 |
0,7q„ |
3 |
26 |
q;t; |
P0i |
P0y; |
APi |
K0j |
6 |
0,85q„ |
3 |
31 |
q;t; |
P0i |
P0y; |
APi |
K0j |
7 |
q„ |
V/qm |
Ч |
V*.v 2 qiti |
Pж.м |
Pж.р.y |
^ж.р |
Км |
8 |
q„ |
^.жАм |
t^ |
V „.ж |
Pж.м |
Pж.р.y |
APt:r. |
Км |
9 |
q„ |
vЖJ/q„ |
t*.n |
V„ |
Pж.м |
Pж.п.y |
APжп |
Км |
10 |
q„ |
Vпр/q„ |
^пр |
V» |
Pж.м |
P^.y |
APu |
Км |
Рис.
11.15. Изменение основных параметров при
ГРП:
1 — расход жидкости q; 2 -объем
жидкости V; 3 — давление на устье скважины
ру {, МПа; 4 — давление на забое
р0 {; 5 — полудлины трещины L,
м; t — время от начала ГРП
Т а б л и ц а
11.7 Режимы ГРП скважины
Тип жидко сти |
Время, мин |
Сумма |
qv |
V м3 |
ZV, м3 |
Рol, МПа |
МПа |
K i м3/(сут X X МПа) |
L, м |
ЖР |
10 |
10 |
276 |
1,9 |
1,9 |
46,5 |
18,67 |
13,89 |
0,6 |
ЖР |
5 |
15 |
656 |
2,3 |
4,2 |
47,9 |
20,60 |
30,86 |
1,3 |
ЖР |
5 |
20 |
1313 |
4,2 |
8,4 |
50,3 |
24,65 |
55,50 |
2,5 |
ЖР |
5 |
25 |
1658 |
4,5 |
12,9 |
51,5 |
27,09 |
66,54 |
3,4 |
ЖР |
3 |
28 |
1753 |
3,7 |
16,6 |
51,9 |
27,80 |
69,38 |
4,0 |
ЖР |
3 |
31 |
2129 |
4,4 |
21,0 |
53,2 |
30,74 |
79,91 |
4,9 |
ЖР |
8 |
39 |
2504 |
13,8 |
34,8 |
54,6 |
37,19 |
— |
6,5 |
БЖ |
42 |
81 |
2504 |
73,7 |
108,5 |
54,6 |
48,17 |
80,04 |
29,8 |
ЖП |
141 |
222 |
2504 |
246 |
354,5 |
54,6 |
49,87 |
79,24 |
65,4 |
ПР |
9 |
231 |
2504 |
16,3 |
370,8 |
54,6 |
48,17 |
— |
— |
На рис. 11.15
показано изменение основных параметров во
время ГРП по результатам расчетов табл.
11.7.
11.5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГРП НА
ПЕРСОНАЛЬНЫХ ЭВМ
Мировой опыт
проведения ГРП подтверждает, что
применение ПЭВМ для проектирования
процесса значительно повышает
эффективность работ. В ЦОУЭНГ г.
Ивано-Франковска разработаны
математическая модель, алгоритм и
программа проектирования ГРП на ПЭВМ с
учетом ограниченной информации, имеющейся
в распоряжении технолога. В модели
использованы результаты теоретических и
промышленных исследований процесса (см.
подраздел 11.3) . Проектируют технологические
режимы, определяют потребность в
материально-технических ресурсах,
оценивают
технико
экономическую целесообразность
проведения ГРП.
11.5.1. ИСХОДНАЯ ВВОДНАЯ
ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ГРП
Описание информации, необходимой
для проектирования ГРП, приведено в табл.
11.8.
Номер по порядку |
Параметры |
Единица измерения |
Номер по порядку |
Параметры |
Единица |
1 |
Предприятие |
— |
28 |
Температура пласта |
°С |
2 |
Месторождение |
29 |
Приемистость насосного агрегата |
м3/сут |
|
3 |
Скважина |
30 |
Давление на устье во время |
МПа |
|
4 |
Пласт |
31 |
Радиус контура питания |
м |
|
5 |
Дата начала эксплуатации |
32 |
Радиус скважины |
м |
|
Дебит |
— |
33 |
Плотность нефти |
т/м3 |
|
6 |
начальный |
т/сут |
34 |
Плотность воды |
т/м3 |
7 |
текущий Дебит |
т/сут |
35 36 |
Коэффициент |
доля единицы |
8 |
начальный |
т/сут |
верх |
м |
|
9 |
текущий Дебит газа: |
т/сут |
37 |
низ Толщина |
м м |
10 |
начальный |
1000 м3/сут |
38 |
Пористость прослойки |
% |
11 |
текущий |
1000 |
39 40 |
Тип коллектора Проницаемость пород |
мкм2 |
12 |
начальное |
МПа |
41 |
Диаметр отверстий |
мм |
13 |
текущее |
МПа |
42 |
Число |
отв/мин |
14 |
Способ |
43 |
Диаметр НКТ для |
мм |
|
15 |
Диаметр штуцера (тип ШГН) |
мм |
44 |
Глубина |
м |
16 |
МПа (м) |
45 |
Тип пакера |
||
17 |
Давление затрубное |
МПа (1/ мин) |
46 |
Давление |
МПа |
18 |
Диаметр внешний |
мм |
47 |
Давление |
МПа |
19 |
Толщина стенки в |
мм |
48 |
Допустимое давление в |
МПа |
20 |
Давление |
МПа |
49 |
Коэффициент |
|
21 |
Диаметр внешний НКТ во |
мм |
50 |
Коэффициент ежемесячного изменения |
|
22 |
Толщина стенки НКТ |
мм |
51 |
Время работы |
мес |
23 |
Глубина спуска НКТ |
м |
52 53 |
Цена 1 т нефти Цена |
ру<5. ру<5. |
24 |
искусственного |
м |
54 |
Себестоимость 1 т нефти |
ру<5. |
25 |
текущего |
м |
55 |
Себестоимость 1000 м3 |
ру<5. |
26 27 |
Коэффициент |
доля единицы МПа |
56 |
Затраты на проведение ГРП (по |
ру<5. |
11.5.2. ЭТАПЫ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГРП
Этап 1.
Исследовать скважину для определения ее
дебита, коэффициента продуктивности,
состояния призабойной зоны, профиля работы
и приемистости q0 и
P0.
Определение Pp4 и
pрм по формулам (11.3) или (11.15) и (11.16);
qp4 и qм — по уравнениям (11.10) и
(11.11).
Этап 2. Выбрать диаметр и
глубину спуска НКТ, пакер, тип жидкости, ее
плотность и вязкость (при необходимости
кажущуюся), тип закрепителя, диаметр его
зерен и плотность.
Определить давление в
устье Ppy по уравнению (11.25) и
количество насосных агрегатов na
по формуле (11.40).
Этап 3. Определить
полудлину трещин по уравнению (11.35) и ширину
— по формуле (11 .39).
Этап 4. Найти массу
песка Мп по формуле (11.29) и объем
жидкостей Vж.п — по (11.31), V^ — по
(11.34).
Этап 5. Определить ожидаемую
кратность увеличения дебита после ГРП: ф —
по формуле (11.42); объем дополнительной нефти
AQ; стоимость гидроразрыва пласта
Стгрп. Проверить экономическую
целесообразность ГРП и принять решение
относительно выполнения процесса или
увеличения параметров Мп и VM
для расширения трещин, после чего повторно
проверить экономическую целесообразность
работы.
11.5.3.
ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
ПЛАН ПРОВЕДЕНИЯ ГЛУБОКОПРОНИКАЮЩЕГО
ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА (на
примере скважины Самотлорского
месторождения)
Скважина — 3333, куст — 33,
пласт — БВ10, месторождение
Самотлорское. Эксплуатация —
фонтанная.
1. Данные о
скважине
I.1. Диаметр
эксплуатационной колонны 146 мм.
1.2.
Толщина стенки эксплуатационной колонны 9,0
мм.
1.3. Давление опрессовки
эксплуатационной колонны 23 мПа.
1.4.
Забой искусственный 2000 м.
1.5.
Максимальный угол наклона градус на
глубине — м.
1.6. Верхнее и нижнее
отверстие перфорации, 1900-1950 м.
1.7. Толщина
перфорированных пластов (без перемычек) 10
м.
1.8. Пластовое давление 20
МПа.
1.9. Пластовая температура
80 °С.
1.10. Текущий дебит
жидкости 20,0 м3/сут.
1.11.
Текущая обводненность 0 %.
1.12.
Приемистость 300,0 м3/сут при давлении
14,0 МПа.
Ожидаемый градиент давления
разрыва пласта 1,9 МПа/100 м.
2. Подготовка
спецтехники и транспорта
(СТиТ)
Провести профилактику и
обеспечить наличие на скважине СтиТ
(табл.
II.9).
Название вида СТиТ |
Тип |
Количество |
Название вида СТиТ |
Тип |
Количество |
Агрегат насосный |
АН-700 |
4 |
Паропередвижная |
ППУ |
|
Цементировочный |
ЦА-320 |
5 |
установка Грузовые автомобили |
ЗИЛ-131 |
|
агрегат Пескосмесительный |
УСП-50 |
1 |
“ |
Урал |
|
агрегат Блок манифольда |
БМ-700 |
“ |
ГАЗ-66 |
||
насосного |
СКЦ-2М |
“ |
МАЗ |
||
цементирования Автоцистерны (вместимость) |
АЦ-10 (25 |
3. Подготовительные
работы к ГГРП
3.1. Спустить в скважину
НКТ марки Е диаметром 89 мм (равнопрочные) на
глубину 1800 м пакер типа ПВН на глубину 1790 м,
якорь типа ЯГ. Опрессо-вать пакер на
давление 47 МПа. Устье оборудовать арматурой
2АУ-700.
Примечание. Работы, указанные в
II3.1, выполняются в соответствии с планом на
капитальный ремонт данной скважины.
3.2.
Подготовить площадку для
расстановки спецтехники и емкостей для
технологических жидкостей.
3.3.
Установить емкости и проложить
трубопроводы от емкостей до мест
расстановки спецтехники.
3.4. Расставить
спецтехнику и обвязать ее с устьем скважины
и технологическими емкостями по типовой
схеме.
3.5. Оборудовать устье
скважины манометрами.
3.6. Опрессовать
высоконапорные нагнетательные линии и
арматуру на устье давлением 70 МПа.
Составить акт опрессовки.
4.
Приготовление технологических
жидкостей и материалов
Приготовить и
иметь на скважине до начала проведения ГГРП
рабочие агенты в указанных количествах
(табл. 11.10).
Т а б л и ц а 11.10
Расчет
материалов для ГГРП
Потребность |
|||||
Состав |
жидкости |
реагентов |
|||
всего, м3 |
удельный расход, кг/м3 |
всего, т |
плотность, кг/м3 |
вязкость, мПа • |
|
Жидкость разрыва |
24,75 |
— |
— |
1,000 |
1,00 |
Вода техническая (основа) |
— |
— |
24,686 |
— |
— |
ПАВ |
— |
3 |
0,075 |
— |
— |
Жидкость буферная Вода |
17,25 |
11,007 |
0,940 |
100,00 |
|
Реагент 1 |
— |
5 |
0,086 |
— |
— |
Нефть товарная |
— |
300 |
5,175 |
— |
— |
Жидкость-песконоситель |
57,50 |
— |
— |
0,940 |
100,00 |
Вода техническая (основа) |
— |
— |
36,690 |
— |
— |
Реагент 1 |
— |
5 |
0,287 |
— |
— |
Нефть товарная |
— |
300 |
17,250 |
— |
— |
Жидкость продавочная |
16,99 |
— |
— |
1,000 |
1,00 |
Вода |
— |
— |
16,994 |
— |
— |
Песок |
— |
— |
10,35 |
— |
— |
Приготовление
технологических жидкостей производится в
соответствии с РД 394-147035-236-89 “Инструкция по
технологии глубокопроникающего
гидравлического разрыва пласта” или
другими руководящими документами.
5.
Порядок проведения ГГРП
Процесс ГГРП
осуществляется при следующих расчетных
параметрах и режимах закачки (табл.
11.11).
Максимально допустимое давление на
устье 47 МПа. Ожидаемое давление разрыва на
устье при наибольшем расходе 33
МПа.
Последовательность работ по
осуществлению процесса ГГРП
следующая.
5.1. Испытать скважину на
приемистость путем закачки 9 м3
жидкости разрыва на трех режимах.
5.2.
Осуществить гидроразрыв пласта, для чего
произвести закачку 18 м3 жидкости
разрыва при постепенно нарастающем темпе,
достичь раскрытия и развития трещин.
5.3.
Для развития трещин закачать
буферную жидкость объемом 17 м3.
5.4.
Для закрепления трещин закачать
жидкость-песконоситель объемом 58 м3,
песка 10,3 т при дозировке песка 180,0
кг/м3.
5.5. Продавить
жидкость-песконоситель в пласт, для чего
закачать 17 м3 продавочной
жидкости.
5.6. Если через 30 мин после
окончания продавки давление на устье
снизится до величины, меньшей, чем при
испытании скважины согласно п.
5.1,
необходимо испытать скважину на
приемистость путем закачки 1-2 м3
продавочной жидкости.
5.7.
Отсоединить агрегаты.
5.8.
Оставить скважину на 16 ч для
перераспределения давления в пластах,
подвергнутых гидроразрыву, и смыкания
трещины.
5.9. Составить акт о
проведенных работах по ГГРП.
Т а б л и ц а
11.11 Режимы ГРП
Число агрегатов 4АН-700 |
Номе р передачи |
Частота вращения вала, об/ мин |
Расход жидкости, м/сут, мин |
Длитель ность закачки, мин |
Объем закачки |
Ожидаемое давление |
Ожидаемый |
Жидкость разрыва |
|||||||
1 |
1 |
1000 |
276; 0,2 |
10 |
2 |
16 |
15 |
2 |
1 |
1200 |
656; 0,5 |
5 |
2,5 |
19 |
32 |
4 |
1 |
1200 |
1313; 0,9 |
5 |
4,5 |
21 |
56 |
4 |
1 |
1200 |
1658; 1,2 |
5 |
6,0 |
24 |
66 |
4 |
1500 |
1900; 1,3 |
9 |
12,0 |
26 |
72 |
|
Жидкость-песконоситель |
|||||||
4 |
— |
— |
1900; 13 |
43 |
575 |
32 |
72 |
Жидкость буферная |
|||||||
4 |
1900; 1,3 |
13 |
17,0 |
33 |
72 |
||
Жидкость |
|||||||
4 |
1900; 1,3 |
13 |
17,0 |
33 |
72 |
6.
Заключительные работы
6.1.
После спада давления извлечь из скважины
подземное оборудование и замерить
забой.
6.2. При наличии песчаной пробки
промыть скважину до глубины 2000 м.
6.3.
Произвести термокаротаж для установления
профиля приемистости и места расположения
трещины.
Спустить скважинное
оборудование, освоить скважину и пустить в
работу в соответствии с планом проведения
КРС.
7. Ожидаемые
технико-экономические показатели
ГГРП
7.1. Ожидаемый дебит
жидкости после ГГРП 34,7 м3/сут.
7.2.
Ожидаемая дополнительная добыча нефти 2,2
тыс. т.
7.3. Продолжительность процесса
ГГРП (по п. 5 плана) 1,7 ч.
7.4.
Стоимость ГГРП (по п. 5 плана) 20,95
тыс. руб., а всего с учетом стоимости
капремонта скважины 40,77 тыс. руб.
7.5.
Ожидаемый экономический эффект
69,42 тыс. руб.
8. Ответственность за
проведение работ и их безопасность
8.1.
Мастер бригады по добыче нефти по
п. 3.2.
8.2. Мастер бригады КРС по
п. 3.1, 6.
8.3. Мастер бригады ГГРП
по п. 2, 3.3-3.6, 4, 5.
Ведущий инженер
ЦКРС.
Ведущий геолог ЦКРС.
11.6. ОПЫТ
ПРИМЕНЕНИЯ ГРП НА СКВАЖИНАХ
ПРЕДКАРПАТЬЯ
Гидравлический разрыв
пласта — наиболее эффективный и широко
распространенный метод обработки
призабойной зоны скважин. Однако на
начальном этапе внедрения этого процесса
встречается множество затруднений,
обусловленных отсутствием в
нефтепромысловой практике опыта
проведения его в данных условиях. Поэтому
необходимо уделять большое внимание
промысловым исследованиям процесса,
накоплению промысловых данных и их
анализу.
Совершенствование и выбор
оптимальных технологических схем ГРП
целесообразно осуществлять на основе
обобщения опыта вскрытия пласта,
разработки залежей и с учетом анализа
результатов предыдущих операций
ГРП.
Большой опыт эффективного
применения ГРП маловязкими жидкостями
вязкостью от 1 до 200 мПа-с, такими как вода,
вода с добавкой полимеров, водонефтяная
эмульсия, загущенные жидкостями на
нефтяной основе, накоплен на
месторождениях Предкарпатья.
В
рассматриваемых условиях успешно
применяли ГРП с закреплением и без
закрепления трещин.
Ниже обобщен опыт
ГРП в Долинском нефтепромысловом районе,
проведены сопоставления различных
технологических схем и даны оценки влияния
параметров процессов на их
результаты.
До последнего времени ГРП
без закрепления трещин не нашел широкого
применения, по-видимому, ввиду того, что на
промыслах его часто смешивают с
малоэффективными процессами, проводимыми
при низких давлениях и расходах, —
продавливанием водой или нефтью.
В
соответствии с существующими
представлениями при использовании
процессов без закрепления трещин
(продавливанием или ГРП) на забое должны
создаваться давления, достаточные для
раскрытия естественных трещин. Объемы и
расходы нагнетаемой воды или нефти должны
обеспечить создание в открывшихся трещинах
скоростей, достаточных для переноса
загрязняющего их материала внутрь пласта.
Возможно также изменение формы поверхности
трещин, предупреждающее полное смыкание их
после снижения давления.
В качестве
дополнительного фактора, способствующего
успешности ГРП без закрепления трещин и
предупреждающего полное смыкание их после
снижения избыточного давления в скважине,
следует учитывать необратимую деформацию
горных пород.
По результатам
лабораторных исследований установлено
необратимое снижение (гистерезис)
проницаемости песчаников Долинского
месторождения вследствие неупругих
деформаций при последовательном повышении
и снижении внешнего давления сжатия,
которое как бы имитирует горное давление.
Поэтому выявление гистерезиса
проницаемости при таких исследованиях,
по-видимому, можно применять в качестве
критерия, удобного для оценки возможности
остаточного раскрытия трещин после
снижения давления и успешного применения
ГРП без закрепления трещин.
Доказательством наличия остаточного
раскрытия трещин после ГРП без песка может
служить и то, что при последовательно
проведенных на тех же скв. 278 Д и 602 Д ГРП без
закрепления трещин песком и с закреплением
установлено, что последние не
способствовали увеличению дебита или
приемистости скважин. В случае
последовательного проведения на скв. 225 Д
продавлива-ния и ГРП с песком последний был
эффективнее. Вместе с тем повторные ГРП без
закрепления трещин малоэффективны.
На
рис. 11.16 показано влияние параметров
процессов на результат обработки без
закрепления трещин по данным 130 ГРП и
продавливаний.
Анализ влияния средних
параметров на результат процесса
показывает,
Рис.
11.16. Влияние параметров процессов на
результаты ГРП оез закрепления
трещины:
2рн — средняя
дополнительная добыча на один успешный
процесс. Цифрами обозначено количество ГРП
(вес) на данном режиме
1000 2000 3000
0,0150 0,0200 60
120 180
Расход,
м3/сут Градиент даб- Объем,
м3
лен и я, МПа
что
увеличение расхода до 1750 м3/сут и
градиента давления до 0,0185 МПа/м по
сравнению с расходом 750 м3/сут и
градиентом давления 0,0140 МПа/м вызывает
десятикратное увеличение прироста добычи.
Такое резкое изменение результатов
воздействия на пласт можно объяснить
только изменениями в призабойной зоне,
которые имеют место при ГРП, но отсутствуют
при продавливании. Поэтому значения
параметров 0,0185 МПа/м и 1750 м3/сут,
по-видимому, близки к минимальному пределу
градиента давления и расхода при ГРП,
обеспечивающему достаточное развитие
трещин и их очистку в данных условиях. С
дальнейшим ростом расхода и давления
эффективность процессов еще больше
возрастает. Что касается выбора
оптимального объема жидкости для таких
процессов, то нижним пределом его в
Предкарпатье можно считать 100 — 120
м3‘
Рассмотрение условий
проведения успешных и неуспешных ГРП
показало, что они практически не
отличались. Следовательно, можно
предположить, что на успешность процессов
существенно влияют место расположения
раскрывающихся трещин и степень ухудшения
проницаемости в призабойной
зоне.
Поэтому для повышения успешности
процессов следует шире практиковать
проведение поинтервальной обработки и
обязательно исследовать состояние
призабойной зоны.
Намного большее
различие отмечается в результатах ГРП с
закреплением и без закрепления трещин
песком в нагнетательных скважинах.
Последние были успешными только в
скважинах с низкой начальной
приемистостью. Причиной этого является,
очевидно, то, что при закачке воды на
До-линских месторождениях происходит
раскрытие трещин, соизмеримое с величиной
остаточного раскрытия их при снижении
давления. Поэтому применение ГРП с
закреплением трещин в водонагнетательных
скважинах более эффективно.
Средняя
стоимость ГРП без закрепления трещин в
разные годы в 1,5 -2,0 раза меньше стоимости
ГРП с закреплением (2,0-3,0 тыс. руб).
11.6.2.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАЗРЫВ ПЛАСТА С
ЗАКРЕПЛЕНИЕМ ТРЕЩИН
ГРП с закреплением
трещин в Предкарпатье применяется 40 лет и
является одним из основных способов
увеличения производительности
скважин.
На ранней стадии разработки
месторождений ежегодно проводилось 40 — 50
ГРП в нефтяных скважинах. Средняя
дополнительная добыча нефти составляла 4500
т на один ГРП при успешности 60 %. В 80-е годы
обводненность продукции увеличилась и
средняя дополнительная добыча на один ГРП
снизилась до 1000 т, а в 90-е годы еще ниже — до 400
т на одну сква-жино-операцию. Таким образом,
ГРП маловязкими жидкостями с песком
наиболее эффективно применяли на ранней
стадии разработки
месторождений.
Основное внимание при
исследовании ГРП с закреплением трещин
уделялось изучению влияния количества
песка, объема и расхода жидкости, а также
давления закачки на результат
процесса.
Результаты проведенных
предварительных расчетов и анализ опыта
ГРП с закреплением трещин показали
возможность использования в скважинах с
пластовым давлением, близким к
гидростатическому, особенно в скважинах,
выходящих из бурения, для создания трещин
маловязких, хорошо фильтрующихся жидкостей
— нефти или воды и загущенной нефти.
О
значительных размерах трещин,
раскрывающихся при ГРП с использованием
маловязких жидкостей, можно судить по
количеству закачанного песка. Например, в
скв. 260 Д закачано при использовании воды в
качестве жидкости-песконосителя при двух
последовательных ГРП 17,9 т песка, в скв. 604 Д —
9,4 т, в скв. 602 Д — 7,1 т, в скв. 549 — 10,5 т и т.д.
Радиус двухсторонней вертикальной трещины,
закрепленной 10 т песка, будет достигать 50
м.
В 1985-1993 гг. проведено 37 ГРП, при которых
в пласт вводили иногда 12-96 т песка.
Установлено, что увеличение его количества
более 24 т не привело к увеличению объема
дополнительной добычи нефти.
При
сравнении средних показателей
эффективности ГРП в зависимости от
количества закачанного в пласты песка
отмечено, что при одинаковых количествах
песка эти показатели оказались значительно
лучшими для ГРП, в процессе которых
замечено снижение давления. При этом по
эффективным и неэффективным ГРП параметры
процессов находятся в одних и тех же
пределах, т.е. эффективность связана с
раскрытием трещин в продуктивной части
пласта.
Наибольшие приросты
приемистости и количества дополнительно
добытой нефти получены по ГРП, где
количество закачиваемого песка составляет
от 5 до 24 т. Дальнейшее увеличение
количества закачиваемого песка не приводит
к повышению этих показателей, но
способствует росту числа эффективных
оперативных операций. С повышением расхода
показатели эффективности значительно
улучшаются, однако величина градиента
давления при этом не является
определяющей.
В 1996-1998 гг. в Предкарпатье
успешно внедряется новая технология мощных
гидравлических разрывов пласта (НГРП) с
применением комплекта насосного
оборудования фирмы “Стюарт и Стивенсон” и
гелей по рецептуре фирмы “Клеарвотэ”, а
закрепление трещин осуществляется 5-7 т
проппанта с концентрацией его в гелях до 500
кг/м3. Особенностью технологии,
предопределяющей более высокую
проводимость вертикальных закрепленных
трещин, является их большая ширина и
большее количество пропанта на единицу
площади закрепленной трещины.
Дополнительная добыча по некоторым МГРП по
новой технологии в 3-4 раза больше, чем
обычных ГРП в тех же условиях, и достигает
1,2-1,5 тыс. т на один
процесс.
Проектирование и технология
процессов МГРП значительно отличаются от
описанных в этой главе и являются предметом
отдельного исследования, которое мы
намерены выполнить в дальнейшем.
11
ТЕХНОЛОГИИ
УВЕЛИЧЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ ПЛАСТОВ НА ОСНОВЕ
АЛЮМОХЛОРИДА И ДРУГИХ ХИМИЧЕСКИХ
ПРОДУКТОВ
11.1. ВЫБОР
РЕАГЕНТОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ
СВОЙСТВ
Исследования по разработке
комплексных методов воздействия на
продуктивные пласты нефтяных залежей с
применением различных активных веществ
проводились в двух направлениях:
ограничение движения вод в пластах и
поступления воды в скважины и вытеснение
нефти за счет улучшения нефтеотмывающих
свойств воды.
Из анализа
литературных данных [54, 57, 89, 225 и др.], а также
с учетом опыта ранее проведенных
промысловых испытаний МУН в качестве
реагентов для исследования были выбраны
алюмохлорид и следующие щелочные реагенты:
карбонат натрия, тринатрийфосфат,
гидроокись натрия, щелочные стоки
производства капролактама
(ЩСПК).
Методикой исследований
взаимодействия выбранных химических
продуктов предусматривалось:
1)
изучение влияния
физико-химических свойств выбранных
реагентов на образование водоизолирующей
массы в пластовых условиях;
2)
определение нефтевытесняющих
свойств продуктов взаимодействия;
3)
оценка влияния степени
минерализации и химического состава
пластовых вод на процессы взаимодействия
химреагентов;
4) изменение
фильтрационных характеристик пласта в
результате взаимодействия закачиваемых в
пласт реагентов;
5)
обоснование оптимальных составов
технологических жидкостей, обеспечивающих
эффективное вытеснение остаточной нефти из
пласта.
Выбор химических продуктов
основывался на следующих
соображениях:
водные растворы
исследуемых реагентов хорошо фильтруются в
пористой среде;
алюмохлорид успешно
применяется для обработки призабойной зоны
скважин;
водные растворы щелочей и
щелочных отходов обладают более высокими
нефтевытесняющими свойствами по сравнению
с водой.
Алюмохлорид, выбранный в
качестве одного из ингредиентов
композиции, является отходом производства
алкилиро-вания бензола олефином и
получается при отмыве реакционной массы от
отработанного катализаторного
комплекса.
Хлорид алюминия является
солью, образованной многозарядным катионом
слабого основания и анионом сильной
кислоты, и гидролизуется ступенчато по
следующей схеме [65]:
[AI(H2O)6]3+ +
H2O о Л1(И20)50И]2++Из0
+ ;
(11.1)
[Al(H2O)5OH]2+
+ H2O о [А1(И20)4(0Н)2]+ + Из0 +
;
[Al(H2O)4(OH)2]++H2O
о
о
[Al(H2O)3(OH)3]+H3O+»Al(OH)3
+ 3H2O + H3O + .
В зависимости
от рН раствора ион алюминия Al3+
находится в различных гидратированных
формах (табл. 11.1) [249].
Из анализа
данных табл. 11.1 следует, что при рН= 7,2 — 7,6
происходит образование малорастворимого
осадка гидроокиси алюминия
Al(OH)3.
В качестве щелочных
реагентов исследовались химические
продукты: карбонат натрия, гидроокись
натрия, тринатрий-фосфат, щелочные стоки
производства капролактама. Приведем
краткие характеристики этих
реагентов.
Карбонат натрия. Согласно
ГОСТ 5100-85 карбонат натрия (кальцинированная
сода) Na2CO3 выпускается двух
марок. Растворимость карбона натрия в воде
зависит от температуры и составляет, г/100 г:
при 0 °С — 6,4; 20 °С — 17,8; 30 °С —
29,0.
Максимальная концентрация
раствора карбоната натрия при 20 °С
составляет около 15 %. Плотность и вязкость
растворов карбоната натрия возрастают при
увеличении концентрации (рис.
11.1).
Гидратированная форма алюминия в
зависимости от рН раствора
Интервал рН |
Преимущественное содержание |
Менее 3 |
[Al(H2O)6]3+ |
СО 8 1 9 |
[Al(H2O)5OH]2+ |
5 1 5, 6 |
[Al(H2O)4(OH)2] + |
7,2 — 7,6 |
[Al(OH)3] |
Более 11 |
[Al(OH)4]— |
Растворы
карбоната натрия имеют щелочную реакцию,
так как подвергаются гидролизу по
схеме
Na2CO3 + H2O ^ NaOH +
NaHCO3. (11.2)
В
зависимости от концентрации водные
растворы карбоната натрия имеют рН =
10,9-11,5.
Гидроокись натрия. Гидроокись
натрия NaOH — наиболее часто используемый
при щелочном заводнении реагент. В
соответствии с ГОСТ 2263 — 79 выпускаются
следующие марки: ТР — твердый ртутный
(чешуированный), с содержанием
Рис.
11.1. Зависимость плотности р и вязкости ц
раствора карбоната натрия от его
концентрации при температуре 20
°С
едкого натра не менее 98 %; ТХ —
твердый химический (плавленый и
чешуированный), с содержанием едкого натра
не менее 96 %; ТД — твердый диафрагменный
(плавленый), едкого натра не менее 94 %; РР —
раствор ртутный, едкого натра не менее 42 %;
РХ — раствор химический, едкого натра не
менее 43 %; РД — раствор диафрагменный,
едкого натра не менее 44
%.
Растворимость в воде едкого натра
зависит от температуры и составляет, г/100 г:
при 0 °С — 41,8; при 20 °С — 108,7; при 30 °С — 118,0.
При 20 °С можно приготовить растворы NaOH с
концентрацией до 50 %. Изменение плотности и
вязкости растворов гидроокиси натрия в
зависимости от концентрации показано на
рис. 11.2.
Гидроокись натрия является
сильной щелочью и реагирует с
алюмохлоридом по схеме
AlCl3 + 3NaOH
^ A!(OH)3^ + 3NaCl. (11.3)
В
избытке гидроокиси натрия гидроокись
алюминия растворяется с образованием
алюминатов:
Al(OH)3 + NaOH ^ NaAlO2
+ 2H2O. (11.4)
Рис.
11.2. Зависимость плотности р и вязкости ц
раствора едкого натра от концентрации при
температуре 20 °С
Это может привести к
разрушению образованной в пласте
водоизолирующей
массы.
Тринатрийфосфат.
Тринатрийфосфат выпускается в
соответствии с гОст 201—76 в виде
Na3PO4-12H2O. Характеристика
тринатрийфосфата приведена в табл.
11.2.
Тринатрийфосфат проявляет
щелочные свойства и взаимодействует с
алюмохлоридом с образованием белого осадка
— фосфорнокислого
алюминия:
AlCl3 + Na3PO4 ^
AIPO4^ + 3NaCl.
(11.5)
Исследования
растворимости кальцинированной соды и
тринатрийфосфата показали, что
максимальная концентрация их в водных
растворах при 20 °С составляет не более 15 %
(по массе) для кальцинированной соды и 12,5 %
(по массе) — для
тринатрийфосфата.
Щелочные стоки
производства капролактама. Щелочные стоки
производства капролактама (ЩСПК)
представляют собой жидкость
темно-коричневого цвета. Согласно ТУ 113-03488
— 84 ЩСПК имеет плотность 1100 — 1200 кг/м3
при 20 °С, содержит натриевые соли
органических кислот в пересчете на
адипинат натрия 18 — 30 %, смолы — не более 10 %,
массовая доля сухого вещества — 25 — 45 %. В
технических условиях количество щелочи
непосредственно не указано, однако по
разнице массовых долей сухого вещества и
смол адипината натрия можно определить
концентрацию щелочи. ЩСПК имеет
сильнощелочную реакцию, рН = 12,6. При
взаимодействии алюмохлорида со ЩСПК
образуется гелеобразный
осадок.
Таблица 11.2
Технические
показатели тринатрийфосфата (ГОСТ
201-76)
Показатель |
Норма |
Внешний вид |
Чешуйки и |
Массовая доля общего |
18,5 |
рН водного |
11,5—12,5 |
Массовая доля нерастворимого в воде |
0,03 |
Молекулярная масса |
380,12 |
Плотность, кг/ м3 |
1640 |
Температура плавления, °С |
73 |
Растворимость ТНФ, |
30,2 |
Равновесная концентрация |
23 |
Изучалось изменение
межфазного натяжения водных растворов
щелочных реагентов на границе с керосином в
зависимости от концентрации. С увеличением
концентрации щелочи для всех исследованных
реагентов наблюдается снижение межфазного
натяжения, что способствует увеличению
коэффициента нефтевытеснения в пластовых
условиях.
Известно, что при
добавлении щелочей происходит улучшение
смачиваемости породы водой. В табл. 11.3
приведены значения краевого угла
смачивания на границе раздела «нефть
бобриковского горизонта Бавлинского
месторождения — водная фаза — поверхность
стекла». На основе изучения
физико-химических свойств алюмохлорида и
щелочных реагентов выявлено
следующее.
Физико-химические
свойства алюмохлорида в виде отхода
производства алкилирования бензола
олефином определяются содержанием в нем
основного вещества. Алюмохлорид обладает
кислотными свойствами, динамическая
вязкость его составляет 4,5 —5,2 мПа-с, он
хорошо разбавляется водой. Установлено, что
в водных растворах хлористый алюминий
находится в гидратированной форме.
Наиболее полное осаждение гидроокиси
алюминия происходит при рН = 7,2 —
7,6.
Среди исследованных щелочных
реагентов наиболее активной является
гидроокись натрия — рН ее водных растворов
достигает 14. Едкий натр обладает хорошей
растворимостью в воде, максимальная
концентрация в его растворе составляет при
20 °С 50 % (по массе).
Растворимость
кальцинированной соды и тринатрий-фосфата
при 200 °С соответственно составляет 15 и 12 %
(по массе).
В ЩСПК щелочи содержится в
пределах 7 — 8 %, доля сухого вещества
достигает 0,46 % (по массе).
Таблица
11.3
Краевой угол смачивания водных
растворов щелочей
Реагент |
Концентрация, % (по |
Краевой угол смачивания |
Реагент |
Концентрация, % (по массе) |
Краевой угол смачивания 0, град. |
|
Вода |
— |
46,4 |
Na2CO3 |
0,25 |
16,7 |
|
NaOH |
0,06 |
6,4 |
Na2CO3 |
0,5 |
9,8 |
|
NaOH |
0,1 |
10,0 |
Na2CO3 |
1,0 |
3,8 |
|
NaOH |
0,5 |
14,2 |
ЩСПК |
0,25 |
12,3 |
|
Na3PO4 |
0,25 |
18,3 |
ЩСПК |
0,5 |
7,6 |
|
Na3PO4 |
0,50 |
5,2 |
ЩСПК |
1,0 |
2,5 |
|
Na3PO4 |
1,0 |
1,0 |
По результатам анализа
физико-химических свойств приведенных выше
реагентов установлена необходимость более
детальных исследований взаимодействия
составов на основе хлорида алюминия с
карбонатом натрия и ЩСПК, которые имеют
сравнительно высокую вязкость (до 10 мПа-с),
содержат ингредиенты, которые, с одной
стороны, могут служить наполнителем, с
другой — улучшать их нефтеотмывающие
свойства за счет проявления
поверхностно-активных свойств и выделения
углекислого газа.
11.2.
ГЕЛЕОБРАЗОВАНИЕ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ
АЛЮМОХЛОРИДА СО ЩЕЛОЧНЫМИ РЕАГЕНТАМИ В
ПРИСУТСТВИИ ПЛАСТОВЫХ ВОД
Основная
задача исследований состояла в изучении
закономерностей взаимодействия
алюмохлорида со щелочными реагентами,
определении их оптимальных соотношений в
технологиях УНП. Методически они
основывались на измерении объемов, массы
образующихся осадков и вязкости
образующегося геля.
При
взаимодействии алюмохлорида со щелочными
реагентами происходит образование
малорастворимых гелеобразных осадков. Эти
гели в свежеприготовленной форме тонко
диспергированы. Вследствие очень сильно
развитой поверхности они удерживают воду
за счет сил адсорбции и, частично, за счет
капиллярных явлений.
Взаимодействие
алюмохлорида и щелочных реагентов
описывается следующими
уравнениями:
2AlCl3 +
3Na2CO3 + 3H2O^2Al(OH)3^ + +
3CO2t +
6NaCl;
(11.6)
(11.7)
(11.8)
AlCl3 + 3NaOH^Al(OH)3^ + 3NaCl;
AlCl3 + Na3PO4^AlPO4^ +
3NaCl.
Особенностью реакции
взаимодействия алюмохлорида с карбонатом
натрия является не только образование
гелеобразного осадка гидроокиси алюминия,
но и выделение углекислого газа, который
является высокоэффективным средством
смешивающего вытеснения
нефти.
Большинство минералов,
встречающихся в породах, имеют
отрицательный потенциал. Исключение
составляет СаСО3, который, в
зависимости от происхождения, может иметь
либо «+ », либо « —» потенциал [190]. Наличием
заряда на поверхности обусловливается одно
из важнейших физикохимических свойств
пород продуктивного пласта — адсорбция,
которая в определенных условиях
способствует удержанию в пласте полимеров,
ПАВ и других реагентов. Частицы этих
реагентов могут «пришиваться» к породе,
например, в результате взаимодействия с
катионами поливалентных металлов,
находящихся на поверхности
адсорбционно-активных центров.
При
закачивании в пласт алюмохлорида под
действием катионов Al3+ поверхность
промытой зоны пласта перезаряжается с
отрицательного заряда на положительный.
Образующийся гелеобразный осадок
Al(OH)3 адгезионно закрепляется на
поверхности пор пласта и уменьшает тем
самым сечение промытых поровых каналов.
Кроме того, в порах пласта уменьшается
количество воды вследствие ее расхода на
образование геля гидроокиси алюминия, а
выделяющийся углекислый газ способствует
лучшему смешению реагирующих веществ.
Образование геля гидроокиси алюминия
происходит не сразу же при контакте
растворов солей алюминия с карбонатом
щелочного металла, как в обменных реакциях
солей Mg2+ и Са2+ со щелочью или
содой, а при достижении рН = 4, так как
растворы солей алюминия имеют сильнокислую
реакцию (рН = 1—2) вследствие
гидролиза:
Al3+ + 3HOH ^ 3H+ +
Al(OH)3.
(11.9)
Особенностью реакции
взаимодействия алюмохлорида с гидроокисью
натрия является то, что образующаяся
гидроокись алюминия растворяется в избытке
щелочи с образованием
алюминатов:
Al(OH)3 + NaOH ^ NaAlO2
+ 2H2O. (11.10)
Это
является неблагоприятным фактором при
использовании едкого натра в технологии
УНП, так как может произойти разрушение
образованной в пласте водоизолирующей
массы, в связи с этим требуется соблюдение
точного соотношения объемов закачиваемых
реагентов.
Гидроокись натрия,
тринатрийфосфат и карбонат натрия
выпускаются промышленностью в виде твердых
веществ с нормируемыми показателями
основного вещества в продукте, что
позволяет приготовить их водные растворы с
достаточной точностью. Поэтому, зная
плотность алюмохлорида (товарная форма),
можно предварительно рассчитать
необходимое количество реагентов и их
объемы.
Для расчетов соотношения
объемов алюмохлорида и растворов щелочных
реагентов — NaCO3, NaOH и Na3PO4
можно использовать
формулу
УЩР =
^03 • СА1аз
•B ,
(11.11)
СщР
где УЩР
и СЩР — объем (в литрах) и
концентрация раствора щелочного реагента
(г/л); VA1Cl3 и CA1Cl3 — объем (в
литрах)
и концентрация алюмохлорида;
В — коэффициент, учитывающий
стехиометрические соотношения реагирующих
веществ (табл. 11.4).
Для получения
наибольшей массы осадка при равных объемах
реагирующих веществ, очевидно, необходимо
взять растворы с наибольшей возможной
концентрацией. Так как в товарной форме
алюмохлорида массовая концентрация
хлористого алюминия составляет не более 300
г/дм3, наибольшую массу осадка на
единицу объема смеси даст применение более
концентрированных растворов NaOH,
Na2CO3 и
Na3PO4.
Растворимость в
воде NaOH, Na2CO3 и Na3PO4
приведена в табл. 11.5.
В наших
исследованиях показано, что из взятых
щелочных реагентов едкий натрий (NaOH) может
обеспечить образование наибольшей массы
геля на единицу объема смеси.
Одна-
Таблица 11.4
Щелочной реагент |
Na2CO3 |
Na3PO4 |
NaOH |
Значения В |
1,9 |
1,23 |
0,90 |
Таблица 11.5
Максимальная
растворимость NaOH, Na2CO3 и
Na3PO4 в пресной воде при 20 °С
Реагент |
Растворимость |
||
в 1 г безводного вещества на 100 г воды |
% (по массе) |
г/ л |
|
NaOH |
108,7 |
52,0 |
775 |
Na3PO4 |
14,0 |
12,3 |
130 |
Na2CO3 |
21,8 |
17,9 |
260 |
Результаты лабораторного
исследования процессов гелеобразования
при взаимодействии алюмохлорида с
щелочными реагентами
Название щелочного реагента |
Концентрация щелочного реагента, г/ |
Объем щелочного |
Объем алюмохлорида (р = = 1,2393 |
Объем геля, см3 |
Объем надоса- дочной жидкости, см3 |
Объем геля к общему объему, % |
Объем фильт рата, см3 |
Объем |
Масса осадка, г |
Примеча ния |
NaOH |
200 |
6 |
10 |
3,5 |
12,5 |
21,9 |
10,9 |
68 |
0,921 |
|
200 |
8 |
10 |
1,0 |
17,0 |
5,6 |
12,8 |
71 |
1,1051 |
||
200 |
10 |
10 |
10,0 |
21,0 |
32,3 |
2,0 |
10 |
6,5219 |
||
200 |
12 |
10 |
— |
0 |
100 |
0 |
0 |
6,8896 |
||
200 |
14 |
10 |
— |
0 |
100 |
1,0 |
4 |
9,1451 |
Оптималь |
|
ное |
||||||||||
200 |
16 |
10 |
5,0 |
22,0 |
18,5 |
20,0 |
77 |
1,8186 |
||
200 |
18 |
10 |
4,0 |
26,0 |
13,3 |
22,0 |
79 |
2,7020 |
||
Na2CO3 |
150 |
10 |
10 |
0 |
20 |
0 |
15,6 |
78 |
0,5862 |
|
150 |
12 |
10 |
0 |
22 |
0 |
17,6 |
80 |
0,6331 |
||
150 |
14 |
10 |
0 |
24 |
0 |
19,4 |
81 |
0,5666 |
||
150 |
16 |
10 |
0 |
26 |
0 |
21,0 |
81 |
0,7218 |
||
150 |
18 |
10 |
— |
0 |
100 |
0 |
0 |
11,0929 |
||
150 |
20 |
10 |
— |
0 |
100 |
0 |
0 |
14,5037 |
||
150 |
22 |
10 |
— |
0 |
100 |
0 |
0 |
16,0027 |
Оптималь |
|
ное |
||||||||||
Na2CO3 |
150 |
24 |
10 |
— |
0 |
100 |
1,0 |
3 |
15,6885 |
|
150 |
26 |
10 |
— |
0 |
100 |
3,4 |
9 |
14,3303 |
||
150 |
28 |
10 |
— |
0 |
100 |
3,8 |
10 |
14,8442 |
||
Na3PO4 |
100 |
29 |
10 |
28,0 |
11,0 |
71,8 |
14,3 |
36,7 |
5,2001 |
|
100 |
31 |
10 |
30,5 |
10,5 |
74,4 |
14,8 |
36,1 |
5,7933 |
||
100 |
33 |
10 |
38,0 |
5,0 |
88,4 |
14,5 |
34,7 |
8,4754 |
||
100 |
35 |
10 |
40,5 |
4,5 |
90,0 |
15,1 |
33,6 |
8,6720 |
Оптималь |
|
ное |
||||||||||
100 |
37 |
10 |
41 |
6,0 |
87,2 |
15,9 |
33,8 |
8,7390 |
||
100 |
39 |
10 |
44 |
5,0 |
89,8 |
17,3 |
35,3 |
8,7940 |
ко
использование концентрированных растворов
NaOH ограничивается из-за амфотерности геля
Al(OH)3. При незначительной
передозировке NaOH, которая может появляться
в промысловых условиях, гель AI(OH)3
переходит в растворимую форму — алюминат
натрия NaAIO2.
В табл. 11.6
приведены результаты лабораторных
иследо-ваний по определению оптимального
соотношения объемов водных растворов
Na3PO4, Na2CO3, NaOH, и
алюмохлорида, взятого в товарной форме.
Методика исследований заключалась в
следующем. В мерные цилиндры емкостью 50 мл
наливали по 10 мл алюмохлорида, затем
приливали различные объемы растворов
Na3PO4, Na2CO3, NaOH. После
перемешивания и отстаивания в течение
суток определяли объем геля и надосадочной
жидкости. Затем содержимое цилиндров
переносили на фильтр, определяли объем
фильтрата, отделившегося в течение 2 ч.
Осадок высушивали в муфельной печке до
постоянной массы.
Результаты
исследований показали, что при
использовании в качестве щелочного агента
NaOH оптимальное соотношение алюмохлорида в
товарной форме (плотность 1239,3 кг/м3) и
раствора NaOH с концентрацией 200 г/л
составляет 1:1,4. Избыток и недостаток NaOH
приводит к резкому уменьшению объема
осадка и увеличению объема фильтрата. При
использовании в качестве щелочного
раствора Na2CO3 оптимальное
объемное соотношение алюмохлорида в
товарной форме и раствора Na2CO3 с
концентрацией 150 г/л составляет 1:2,2. При этом
соотношении образуется максимальная масса
осадка, влияние избытка или недостатка
щелочного реагента
незначительно.
Сопоставление
полученных данных с теоретическими
расчетами показало хорошую сходимость (см.
табл. 11.7). В
Таблица
11.7
Сопоставление расчетных данных и
результатов
лабораторных исследований
по определению оптимального соотношения
алюмохлорида и щелочных реагентов
Алюмохлорид |
Щелочной реагент |
Оптимальное соотношение |
|||
Плотность, кг/ м3 |
Концен |
Формула |
Концен |
по результатам |
согласно |
трация, г/ л |
трация, г/ л |
бораторных исследований |
му соотношению реакции взаимодействия |
||
1,2393 |
286,0 |
NaOH |
200 |
1:1,4 |
1:1,29 |
1,2393 |
286,0 |
Na2CO3 |
150 |
1:2,2 |
1:2,27 |
1,2393 |
286,0 |
Na3PO4 |
100 |
1:3,5 |
1:3,52 |
Результаты лабораторного
определения объема образующегося геля при
различных концентрациях щелочного
реагента и алюмохлорида, взятых в
эквивалентных соотношениях
Концентрация |
Щелочной реагент |
Объем геля, мл на 100 мл исходной смеси при |
|||||
200 |
150 |
100 |
50 |
25 |
10 |
||
286,0 |
Na2CO3 |
— |
100 |
100 |
92 |
80 |
61 |
214,5 |
Na2CO3 |
— |
100 |
98 |
91 |
79 |
60 |
143,0 |
Na2CO3 |
— |
99 |
97 |
90 |
78 |
59 |
71,5 |
Na2CO3 |
— |
92 |
90 |
84 |
75 |
55 |
28,6 |
Na2CO3 |
— |
62 |
60 |
58 |
50 |
45 |
286,0 |
NaOH |
100 |
100 |
100 |
90 |
75 |
59 |
214,5 |
NaOH |
100 |
100 |
95 |
75 |
70 |
50 |
143,0 |
NaOH |
96 |
94 |
92 |
72 |
64 |
45 |
71,5 |
NaOH |
90 |
85 |
82 |
69 |
60 |
40 |
28,6 |
NaOH |
58 |
50 |
42 |
35 |
30 |
25 |
286,0 |
Na3PO4 |
— |
— |
80 |
75 |
68 |
50 |
214,5 |
Na3PO4 |
— |
— |
78 |
73 |
58 |
42 |
143,0 |
Na3PO4 |
— |
— |
75 |
70 |
44 |
35 |
71,5 |
Na3PO4 |
— |
— |
60 |
47 |
37 |
27 |
28,6 |
Na3PO4 |
— |
— |
35 |
31 |
26 |
20 |
Таблица 11.9
Свойства
гелеобразного осадка при взаимодействии
алюмохлорида и раствора карбоната
натрия
¦Ё к К |
Показатели |
Концентрация карбоната натрия, % (по |
|||||
алюмохлорида, |
15 |
12,5 |
10 |
7,5 |
5 |
3 |
|
286,0 |
Вязкость геля, мПа-с |
Не течет |
19,5 |
14 |
7,6 |
4,6 |
4,0 |
286,0 |
Объем от |
98 |
96 |
91 |
86 |
83 |
73 |
143,0 |
стоявшегося осадка, % ко всему |
98 |
94 |
87 |
83 |
80 |
70 |
табл. 11.8 приведены
данные лабораторных исследований по
определению объема осадка, образованного
алюмохлоридом и щелочными реагентами,
взятыми в эквивалентных
количествах.
Полученные данные
показывают, что при уменьшении
концентрации одного из взятых веществ для
сохранения эквивалентного соотношения
реагентов необходимо увеличить объем
раствора, но это приводит к уменьшению
объема геля относительно общего объема
смеси. Например, при снижении концентрации
карбоната натрия в растворе с 15 до 3 % (табл.
11.9) за счет увеличения объема рабочего
раствора, объем геля по отношению к общему
объему смеси уменьшается с 98 до 73 %, хотя
масса осадка при этом будет постоянной.
Свойства образующегося геля будут
существенно изменены в сторону ухудшения —
на это указывает снижение вязкости геля до 4
мПа-с.
11.3. ИССЛЕДОВАНИЕ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АЛЮМОХЛОРИДА СО ЩЕЛОЧНЫМИ
СТОКАМИ ПРОИЗВОДСТВА
КАПРОЛАКТАМА
Щелочные стоки
производства капролактама являются
сложной смесью натриевых солей
органических кислот с переменным составом
в зависимости от выпускаемой партии
конечного продукта. Поэтому определять
оптимальное соотношение объемов товарных
форм алюмохлорида и ЩСПК при их
взаимодействии необходимо опытным
путем.
При использовании в качестве
щелочного реагента ЩСПК соотношение
объемов алюмохлорида и ЩСПК определяется
массовым содержанием активных компонентов,
входящих в их состав. Ориентировочно на 1
объем алюмохлорида и ЩСПК была
использована методика, приведенная выше
для Na3PO4, NaOH и Na2CO3.
Общий объем осадка при этом не определялся
из-за его вспучивания, что приводит к
определенным погрешностям при
количественной оценке характеристик
гелеобразования.
Оптимальным
является соотношение объемов реагентов,
при котором наблюдается наименьший объем
фильтрата (рН фильтрата равен 7,2 —7,6) и
достигается наибольшая степень осаждения
гелеобразного осадка.
Результаты
лабораторных исследований приведены в
табл. 11.10. Как следует из данных таблицы,
оптимальное соотношение объемов
алюмохлорида и ЩСПК в товарной форме
составляет 1:2,0.
Исследования других
образцов алюмохлорида и ЩСПК показало, что
несмотря на колебания содержания активных
компонентов в пересчете на сухое вещество в
ЩСПК и алюмохлориде, оптимальное
соотношение их объемов с точки зрения
гелеобразования изменяется в пределах от
1:1,5 до 1:2,0.
Особенностью
взаимодействия алюмохлорида со ЩСПК
является выделение газа. Для установления
состава выделяющегося газа были проведены
специальные исследования на моделях
пористых сред.
Результаты
лабораторных исследований по определению
оптимального соотношения объемов
алюмохпфида и ЩСПК, взятых в товарных
формах, в процессах гелеобразования
Объем алюмохлорида = 1,2393 г/см3), см3 |
Объем ЩСПК (р= 1,1758 г/см3), |
Соотношение объемов |
Масса |
Объем фильтрата , |
Объем фильтрата к |
10 |
15 |
1:1,5 |
8,9373 |
5,2 |
21 |
10 |
17,5 |
1:1,75 |
12,4802 |
4,1 |
15 |
10 |
20 |
1:2 |
14,3211 |
2,8 |
9 |
10 |
22,5 |
1:2,25 |
16,7993 |
3,3 |
10 |
10 |
25 |
1:2,5 |
18,8791 |
3,8 |
11 |
10 |
27,5 |
1:2,75 |
20,5204 |
4,1 |
11 |
10 |
30 |
1:3 |
23,3717 |
4,6 |
12 |
Модель однородного пласта,
состоящего из цилиндрической трубки,
заполненной кварцевым песком
проницаемостью 3 мкм2, насыщали
пластовой водой и нефтью Ромаш-кинского
месторождения. Затем производили
вытеснение нефти водой с минерализацией 130
г/л до стабилизации коэффициента
вытеснения и полного обводнения
вытесняемой жидкости. После этого в пласт
последовательно закачивали водные
растворы AlCl3 и ЩСПК (товарные формы) в
эквивалентных количествах для обеспечения
полного взаимодействия. Закачку воды и
оторочек реагентов, а также довытесне-ние
остаточной нефти водой производили при
постоянном давлении при различных
температурах от 30° до 90 °С.
Жидкость
и газ на выходе из модели пласта собирали в
специальные герметизированные
газоотборники.
После прекращения
выделения газа отборник отсоединяли от
модели, специальным шприцем через пробирку
отбирали пробу газа, измеряли его
количество и определяли состав на
хроматографе.
Результаты
исследований показали, что при
взаимодействии алюмохлорида и ЩСПК
выделяется углекислый газ СО2 без
примесей. Удельное количество выделяемого
газа составляет 12 см3 на 10 см3
смеси AlCl3 и ЩСПК, взятых в
эквивалентных количествах, в пересчете на
реагирующие вещества.
Таким образом,
среди исследованных щелочных реагентов
карбонат натрия и ЩСПК обладают наиболее
широким комплексом свойств, положительно
влияющих на эффективность воздействия на
нефтеводонасыщенный пласт, таких
как:
образование осадка, не
растворяющегося в избытке щелочного
реагента;
выделение углекислого
газа;
снижение межфазного натяжения
на границе «водный раствор реагента —
керосин», а следовательно, и с нефтью, что,
безусловно, положительно отразится на
нефтеотмывающих свойствах рассматриваемых
композиций.
При закачивании в
нефтяные пласты алюмохлорида и щелочного
реагента на свойства образующегося геля
влияет температура пласта, равная 30 — 40 °С
для месторождений Татарстана и 60 — 90 °С для
месторождений Западной Сибири. В целях
изучения влияния температуры на массу
образующегося осадка при взаимодействии
алюмохлорида и щелочных реагентов были
проведены специальные исследования по
следующей методике.
В цилиндры
емкостью 50 мл наливали по 10 мл алюмохлорида,
к которому добавляли водные растворы
щелочных реагентов в оптимальных
соотношениях. После перемешивания смесь
термостатировалась при заданной
температуре в течение 2 — 4 ч. Затем
определяли объем осадка после его сушки до
постоянной массы.
Результаты
проведенных исследований показали, что
температурное воздействие и длительность
хранения не приводят к разрушению
осадка.
Кроме расхода щелочи на
образование водоизолирующей массы в
пластовых условиях необходимо учитывать
расход щелочи на взаимодействие с
компонентами пластовой системы.
В
составе пластовых вод наиболее широко
представлены ионы Са2+ и Mg2+,
которые являются солями жесткости и
реагируют со щелочными
реагентами:
Са2+ + 2ОН— ^
Са(ОНЬ^;
Mg2+ + 2ОН— ^
Мд(ОН)2^;
Са2+ +
со32- ^
СаС03^;
Мд2+ +
С032- ^
МдС03^;
3Са2+ +
2PO43- ^
Са3(Р04)2^;
3Мд2+ +
2PO43- ^
Mg3(PO4)2^;
Са2+
+ (CH2)4(COO)22- ^
(^4^00^^;
Мд2+ +
(CH2)4(COO)22- ^
(CH2)4(COOhMg^.
Определение полного
расхода щелочи на взаимодействие с солями
пластовых вод не представляется возможным.
Однако учитывая минерализацию вод и
проведя ряд химических анализов, мы с
соавторами установили необходимость
увеличения расхода до 5 % от оптимальной
концентрации исходных реагентов для
условий пластов Западной Сибири и до 10 % —
для месторождений Татарстана.
В
табл. 11.11 приведены оптимальные объемные
соотношения алюмохлорида (товарная форма) и
растворов NaOH, Na2CO3,
Na3PO4 и ЩСПК для закачки в
нефтяные пласты с учетом минерализации
пластовых вод. Образование малорастворимых
осадков при взаимодействии растворов
исследуемых композиций с пластовыми водами
должно оказывать дополнительное
положительное влияние на увеличение
фильтрационного сопротивления
водонасыщенных зон пласта.
Таким
образом, результаты выполненных
лабораторных исследований взаимодействия
алюмохлорида со щелочными реагентами
позволили установить
следующее:
исследованные щелочные
реагенты — тринатрийфосфат, карбонат
натрия, едкий натр и ЩСПК при
взаимодействии с алюмохлоридом и солями
пластовых вод при оптимальных соотношениях
алюмохлорида и щелочных реагентов образуют
гелеобразную массу;
в реакции
взаимодействия алюмохлорида с гидроокисью
натрия образовавшийся гель в избытке
гидроокиси натрия
Таблица
11.11
Концентрации щелочных реагентов,
соответствующие оптимальному соотношению
объемов алюмохлорида в присутствии
пластовых вод (для условий месторождений
Татарстана)
Концентрация алюмохлорида, г/ л |
Щелочной реагент |
Концентрация щелочного реагента, г/л |
Соотношение объемов |
286,0 |
NaOH |
180 |
1:1,05 |
286,0 |
NaOH |
240 |
1:0,80 |
286,0 |
NaOH |
360 |
1:0,55 |
286,0 |
Na3PO4 |
130 |
1:2,4 |
286,0 |
Na3PO4 |
100 |
1:2,5 |
286,0 |
Na2CO3 |
250 |
1:1,05 |
286,0 |
Na2CO3 |
200 |
1:1,25 |
286,0 |
Na2CO3 |
150 |
1:1,65 |
286,0 |
Na2CO3 |
100 |
1:2,45 |
286,0 |
ЩСПК |
Товарная форма |
1:(1,6 —2,2) |
переходит в
растворимую форму — алюминат натрия. При
избытке карбоната натрия, тринатрийфосфата
и ЩСПК растворение образовавшегося геля не
происходит, что и предопределяет их
выбор;
снижение концентрации
взаимодействующих реагентов (AlCl3 и
щелочей) приводит к уменьшению объема
образующегося геля, что позволяет
регулировать степень воздействия на
пласт;
образующийся гель устойчив во
времени, не разрушается при повышении
температуры до 90 °С;
водные растворы
щелочных реагентов обладают хорошей
смачиваемостью, снижают межфазное
натяжение на границе с нефтью;
при
взаимодействии AlCl3 с Na2CO3 и
ЩСПК выделяется углекислый газ (СО2),
который способствует более полному
вытеснению нефти из пласта.
11.4.
ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ВЫТЕСНЕНИЯ ОСТАТОЧНОЙ НЕФТИ ИЗ МОДЕЛЕЙ
НЕОДНОРОДНЫХ ПЛАСТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ
АЛЮМОХЛОРИДА И ЩЕЛОЧНЫХ
РЕАГЕНТОВ
Исследования, результаты
которых были описаны в предыдущем
подразделе, позволили обосновать
принципиальную возможность создания ряда
технологий УНП с использованием
алюмохлорида и некоторых щелочных
реагентов. Наиболее перспективными
оказались композиции химических реагентов
на основе алюмохлорида, кальцинированной
соды и ЩСПК.
Дальнейшие лабораторные
исследования по выбору оптимальных
составов технологических жидкостей,
рекомендованных к применению в технологиях
УНП, проводились на моделях пласта. Опыты
были проведены в два этапа. На первом этапе
на моделях однородного пласта изучались
процессы гелеобразования в пористой среде
и вопросы, связанные с обеспечением
максимального остаточного сопротивления
для воды в промытых высокопроницаемых
зонах пласта. На втором этапе были
исследованы оптимальные параметры
технологических жидкостей и режимов их
закачки в пласт.
В исследованиях
первого этапа использовались модели
однородного пласта, представляющие собой
цилиндрические трубки из нержавеющей стали
длиной 1 м и диаметром 0,03 м, заполненные
кварцевым песком широкой фракции. В
качестве реагентов применяли алюмохлорид и
карбонат натрия. Модели нефти готовили из
дегазированной нефти Ро-машкинского
месторождения, добавляя керосин до
необходимой вязкости. Модели вод имели
состав, соответствующий составу пластовых
вод. Физико-химические свойства жидкостей,
использованных при моделировании
пластовых процессов, приведены в табл.
11.12.
Модель пласта после
вакуумирования насыщали пластовой водой, а
затем моделью нефти. Остаточная
водонасыщен-ность при этом составляла 20-25
%.
Процесс вытеснения нефти водой,
закачку оторочек и продвижение их водой
производили в режиме постоянного давления
на входе кернодержателя.
Вытеснение
нефти из моделей пористых сред
производилось промысловой сточной водой,
используемой в системе ППД Ромашкинского
месторождения, до полного обводнения
вытесняемой жидкости и стабилизации
коэффициента вытеснения. Остаточная
нефтенасыщенность в конце процесса
вытеснения в зависимости от коэффициента
проницаемости пористой среды изменялась в
диапазоне 25-30 %. Таким образом, процессы
осадко-гелеобразования в моделях пласта
после закачки растворов химических
продуктов происходили в присутствии
остаточной нефти.
Затем в промытый
водой пласт последовательно закачивали
оторочки химических растворов хлористого
алюминия и карбоната натрия, а между ними в
качестве буфера оторочку пресной воды в
количестве 0,025 порового объема (п.о.), что
практически исключало выпадение осадка
гидроокисей кальция и магния при контакте
карбоната натрия с пластовой водой. После
оторочки раствора карбоната натрия
создавалась буферная оторочка пресной воды
размером 0,03 п.о.
Таблица
11.12
Физико-химические свойства
жидкостей, использованных в лабораторных
опытах по изучению процессов
гелеобразования при температуре 30-90
°С
Месторожде ние |
Жидкости |
Минерализация, г/ |
Плот ность, кг/ |
Вяз кость, мПа-с |
Темпе ратура, °С |
Ромашкинское |
Пластовая вода |
270 |
1183 |
1,52 |
30-90 |
Модель |
— |
832 |
3,77 |
30-90 |
|
Модель нагнетаемой воды |
130 |
1089 |
1,10 |
30-90 |
Влияние
процесса гелеобразования на
фильтрационные характеристики пористой
среды оценивалось по изменению скорости
фильтрации воды после закачки композиции в
модель пласта:
v, — Vn
V =
—1—2,
(11.12)
vi
где
v1 — скорость фильтрации воды до
обработки; v2 — скорость фильтрации
воды после обработки и прокачивания через
модель 0,5 п.о. воды за оторочкой
алюмохлорида.
Известно, что на
процессы гелеобразования, свойства
образовавшегося геля и формирование
остаточного фильтрационного сопротивления
для воды существенно влия.п концентрации
применяемых химических продуктов в
технологических жидкостях и размеры
создавшихся оторочек. Поэтому изменялись
как концентрации растворов, так и их объемы.
В начале изучалось влияние объема оторочки
раствора карбоната натрия при неизменном
размере оторочки алюмохлорида, на втором
этапе изменялись размеры оторочки
алюмохлорида при постоянном объеме
раствора карбоната натрия. Концентрации
хлористого алюминия и карбоната натрия в
растворах составляли соответственно 200 и 150
г/л. Результаты экспериментальных
исследований представлены в табл. 11.13 и на
рис. 11.3, 11,4, из которых следует, что с ростом
концентрации алюмохлорида и карбоната
натрия и уве-
Таблица
11.13
Результаты исследований процессов
снижения скорости фильтрации воды после
закачки композиции алюмохлорида и
карбоната натрия для условий Ромашкинского
месторождения
Но мер опыта |
Скорость фильтрации к концу |
Оторочки |
Фильтрационные характеристики после |
||||
алюмохлорида |
раствора |
Скорость фильтрации после закачки |
Степень снижения скорости |
||||
Концентрация, г/ л |
Объем, п.о. |
Концентрация, г/ л |
Объем, п.о. |
||||
1 |
1,09 |
200 |
0,3 |
50 |
0,3 |
0,48 |
56 |
2 |
1,00 |
200 |
0,3 |
100 |
0,3 |
0,30 |
65 |
3 |
1,00 |
200 |
0,3 |
150 |
0,3 |
0,35 |
70 |
4 |
1,20 |
200 |
0,3 |
200 |
0,3 |
0,21 |
83 |
5 |
1,10 |
200 |
0,2 |
150 |
0,3 |
0,22 |
77 |
6 |
1,18 |
200 |
0,1 |
150 |
0,3 |
0,42 |
64 |
50
«
as
as
<•>
•S.
40
30
20
10
к |
|
1 1 1 ТчЧ V VV * v Ах—.. |
1 |
«X………*…………………..:!………….. ¦¦ |
|
……………………………….. — |
|
1 iiiiiiii^ |
О 10
20 30 40
50 60 70
80 90
100
Концентрация, % (по
массе)
Рис. 11.3. Изменение межфазного
натяжения растворов щелочных реагентов на
границе с керосином в зависимости от их
концентрации:
1 — кальцинированная
сода; 2 — едкий натрий; 3 — ЩСПК
(товарная форма); 4 —
тринатрийфосфат
личением объемов
закачки технологических жидкостей
наблюдается существенное уменьшение
скорости фильтрации для
воды.
Результаты лабораторных
опытов, проведенных на моделях пористых
сред, показали, что при последовательном
закачивании алюмохлорида и раствора
карбоната натрия представляется возможным
изменять фильтрационные характеристики
промытого водой пласта. При этом можно
регулировать степень снижения скорости
фильтрации путем изменения концентрации
реагентов и объемов закачиваемых
растворов. Полученные закономерности были
использованы для обоснования оптимальных
параметров технологии — УНП на основе
применения алюмохлорида и карбоната
натрия.
Решение этой задачи
потребовало проведения дополнительного
комплекса лабораторных исследований
процессов вытеснения нефти из моделей
послойно-неоднородных пластов без
применения композиций химических
реагентов и с
Ж |
||||
1 1 1 |
W |
ш |
1 1 |
|
ж |
|||
\N |
|||
Щ |
|||
1 |
Ш |
v/VГ. |
ж. |
ж |
||
1 |
|||
Щ |
—+->.— 1 |
0 12 3
a |
|
1,5 |
|
1,0 |
|
0,5 |
|
0 |
|
б |
|
1,5 |
|
н |
|
>ь о |
1,0 |
S |
|
а» |
0,5 |
гг |
|
& |
0 |
§ |
|
1 |
в |
¦е. |
1,5 |
>0 ? г |
1,0 |
§- |
|
б |
0,5 |
0 |
|
г |
|
1,5 |
|
1,0 |
|
0,5 |
|
0 |
Объем
прокачанной жидкости с начала закачки
оторочек, п.о.
Рис. 11.4. Изменение
скорости фильтрации воды при закачке в
модель однородного пласта раствора
карбоната натрия и
алюмохлорида.
Оторочки: I —
алюмохлорида (0,3 порового объема) с
содержанием хлористого алюминия 200 г/л (а,
б, в, г); II — карбоната натрия (0,3 порового
объема) концентрацией, г/л: а — 50; б — 100
г/л; в — 150; г — 200
их применением. В
опытах изучалось влияние двух композиций
химреагентов: «AICl3 — Na2CO3» и
«AlCl3 — ЩСПК». Исследования проводились
с соблюдением основных требований к
лабораторным опытам по вытеснению нефти из
моделей неоднородных пластов, изложенных в
разделах 5 и 6. Вытеснение нефти водой
осуществлялось в режиме постоянного
расхода вытесняющей жидкости.
Для
образования связанной воды и начальной
нефтена-сыщенности модели пористой среды
после вакуумирова-ния насыщали
дегазированной пластовой водой с
последующим ее вытеснением моделью нефти,
разбавленной керосином. Содержание
связанной воды и нефти в пористой среде
определялось объемно-весовым методом.
Вытеснение нефти из модели пласта
производилось при постоянной температуре,
значение которой изменялось в пределах от 30
до 90 °С.
Методика проведения
экспериментов заключается в следующем.
Вначале нефть вытесняется закачиваемой
водой с минерализацией 130 г/л до
стабилизации коэффициента вытеснения
вытесняемой жидкости из
высокопроницаемого пропластка и
стабилизации фильтрационных
характеристик. После этого в пласт
закачиваются оторочки технологических
жидкостей. Продвижение оторочек растворов
химреагентов заданных размеров
производится закачиваемой
минерализованной водой с содержанием солей
130 г/л до новой стабилизации фильтрационных
характеристик. Промывка модели пласта
закачиваемой водой продолжается до полного
обводнения вытесняемой жидкости и
стабилизации коэффициента
вытеснения.
Эффективность
воздействия оценивается по остаточному
фактору сопротивления пористой среды при
фильтрации воды и по приросту коэффициента
вытеснения нефти из модели пористой среды.
Первый из них позволяет оценить
воздействие технологической жидкости на
фильтрационные характеристики, а второй —
полноту вытеснения нефти из модели
пласта.
Остаточной фактор
сопротивления Яост рассчитывается
как отношение подвижностей воды А/цв,
фильтрующейся по высокопроницаемому
пропластку, до и после закачки оторочек
технологических жидкостей.
Прирост
среднего коэффициента вытеснения для
модели в целом, а также по отдельным
пропласткам определялся по величине
дополнительно вытесненной нефти после
воздействия на пласт.
В условиях
неоднородных пластов влияние ограничения
фильтрации воды пласта оценивается по
изменению его работающей толщины при
частичном заводнении. Коэффициент охвата
определяется как отношение порового объема
продуктивного пласта, охваченного
вытеснением, ко всему поровому
объему.
В табл. 11.14 и 11.15, на рис. 11.5 и
11.6 приведены результаты лабораторных
исследований по фильтрации и вытеснению
нефти на моделях послойно-неоднородных
пластов без применения композиций на
основе алюмохлорида и других химических
продуктов и с их применением. Анализ этих
данных показывает следующее.
При
первичном вытеснении нефти водой
происходит опережающее заводнение
высокопроницаемого пропластка. При
обводненности вытесняемой жидкости из
высокопроницаемого прослоя, равной 100 %,
коэффициент вытеснения по нему достигает 64
— 75 %, и из этих пропластков нефть в
дальнейшем не вытесняется. К этому моменту
времени в низкопроницаемых пропластках
продолжается безводное вытеснение нефти,
коэффициент вытеснения перед закачкой
оторочки составляет всего 2—10 %.
Обводненность продукции, отбираемой из
пласта в целом, достигает 98 — 99 %, а средний
коэффициент вытеснения нефти по модели в
целом — 38 — 48 %. При более высокой степени
неоднородности пластов в конце первичного
вытеснения нефти скорость фильтрации по
низкопроницаемому пропластку снижается до
нуля, т.е. происходит практическое
отключение его из разработки. Таким
образом, низкопроницаемые пропластки
оказываются невыработанными до конца и
характеризуются высокой остаточной
нефтенасыщенностью. Аналогичная
закономерность наблюдается и в реальных
пластах, где основная масса закачиваемой
воды фильтруется по наиболее проницаемым
зонам, не оказывая существенного влияния на
извлечение нефти из менее проницаемых
пропластков.
Из динамики
нефтевытеснения по модели в целом и по
отдельным пропласткам следует, что
последовательная закачка хлорида алюминия
с раствором карбоната натрия приводит к
росту остаточного сопротивления
(Яост) и сглаживанию степени
неоднородности пласта по коэффициенту
подвижности, что приводит к
перераспределению закачиваемой воды по
пропласткам неоднородного пласта. Это
является следствием фильтрации
закачиваемых реагентов преимущественно в
высокопроницаемый пропласток. При
взаимодействии закачиваемых реагентов
между собой образующийся гель
адсорбируется в пласте и создает
остаточный фактор сопротивления для
фильтрации воды, закачиваемой после
оторочек химпродуктов. В результате по
высокопроницаемому пропластку скорость
фильтрации уменьшается, а по
низкопрони-
Результаты исследования
фильтрационных характеристик неоднородных
пластов при прокачивании растворов хлорида
алюминия (АХ) и Na2CO3
Характеристики пористой среды |
Результаты первичного вытеснения |
Концентрация реагента, г/ л |
Показатели при вторичном |
|||||||||
Но мер- моде ли |
Проницаемость , мкм2 |
Пористость, % |
Нефте-насыщен-ность, % |
Коэф фициент нефте- вытес нения, % |
Средний коэф фициент вытес нения, % |
Обводненность |
Оторочки |
Объем оторочки, |
Коэф фициент нефте- вытес нения, % |
Средний коэф фициент вытес нения, % |
Прирост среднего коэффициента |
|
1 |
3,6 |
29,9 |
77,7 |
64,4 |
— |
100 |
I — АХ |
100 |
0,06 |
64,4 |
— |
— |
0,254 |
25,3 |
73,1 |
1,5 |
36,5 |
0 99,4 |
II — III — IV — проточная |
50 |
0,025 0,14 0,025 |
5,0 |
39,6 |
3,1 |
|
2 |
3,69 |
29,7 |
74,9 |
64,7 |
— |
100 |
I — АХ |
100 |
0,06 |
64,7 |
— |
— |
0,262 |
25,8 |
74,5 |
10,3 |
39,6 |
0 45,2 |
II — III — IV — проточная |
100 |
0,025 0,15 0,025 |
29,3 |
48,6 |
9,0 |
|
3 |
2,52 |
29,6 |
71,9 |
75,6 |
— |
100 |
I — АХ |
230 |
0,06 |
75,6 |
— |
— |
0,25 |
23,1 |
72,9 |
10,6 |
46,8 |
0 38,5 |
II — III — IV — |
200 |
0,025 0,20 0,025 |
46,2 |
63,7 |
16,9 |
Результаты исследования
фильтрационных характеристик неоднородных
пластов (для условий Ромашкинского
месторождения) с использованием
алюмохлорида и ЩСПК
Но мер опыта |
Характеристики пористой среды |
Результаты первичного |
Состав оторочки |
Концентрация реагента, г/л |
Объем оторочки, п.о. |
Прирост среднего коэффициента |
Оста точный фактор сопро тивле ния (Кост) |
|||||||
Прони цае мость, мкм2 |
Порис тость, % |
Нефте- насы щен- ность, % |
Коэф фициент нефте- вытес нения, % |
Средний коэф фициент вытес нения, % |
Обводненность вытесняемой жидкости, % |
0,5 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
|||||
1 |
3,50 |
28,0 |
72,0 |
67,7 |
— |
100 |
I — АХ |
25 |
0,06 |
|||||
0,255 |
24,0 |
67,0 |
12,6 |
— |
0 |
|||||||||
— |
43,4 |
97,3 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
1,38 |
|||||||
2 |
2,72 |
29,3 |
70,5 |
63,9 |
— |
100 |
I — ЩСПК |
30 |
0,14 |
|||||
0,265 |
25,7 |
74,2 |
13,6 |
— |
0 |
|||||||||
— |
39,8 |
96,1 |
0,1 |
0,3 |
0,4 |
0,4 |
1,10 |
|||||||
3 |
3,30 |
30,1 |
68,9 |
61,0 |
— |
100 |
I — АХ |
25 |
0,06 |
|||||
0,265 |
23,0 |
74,8 |
6,6 |
— |
0 |
II — ЩСПК |
30 |
0,14 |
||||||
— |
36,3 |
98,0 |
5,0 |
12,1 |
16,3 |
19,7 |
2,53 |
Рис.
11.5. Динамика процесса вытеснения нефти из
модели пласта водой и с применением
композиции алюмохлорида и карбоната
натрия:
а — по пласту в целом, б —
по низкопроницаемому пропластку, в — по
высокопроницаемому пропластку. Оторочки:
I — алюмохлорида, II — карбоната
натрия: 1 — средний коэффициент
вытеснения Кв ср (а) и
коэффициенты вытеснения нефти по
пропласткам Кв1 и Кв2 (б ив);
2 — обводненность вытесняемой жидкости
пв ср, пв1, пв2; 2* — базовое
значение обводнен ности продукции; 3 —
фильтрационное сопротивление; ДКв ср
— прирост среднего коэффициента
вытеснения
Рис.
11.6. Динамика процесса вытеснения нефти из
модели неоднородного пласта водой и с
применением композиции алюмохлорида и
ЩСПК:
а — по пласту в целом, б — по
низкопроницаемому пропластку, в — по
высокопроницаемому пропластку. Оторочки:_/ —
алюмохлорида, II — ЩСПК; 1 — средний
коэффициент вытеснения К ср (а),
коэффициенты вытеснения для пропластков
Кв -i и Кв 2 (б и в); 2 —
обводненность вытесняемой жидкости
пв ср, пв1, пв2; 2* —
базовое значение обводненности; 3 —
фильтрационное сопротивление
цаемому
возрастает. Как видно, из данных табл. 11.14,
эти изменения в пласте после закачки
AlCl3 и Na2CO3 обеспечили
прирост среднего коэффициента вытеснения
нефти в лабораторных условиях на 3,1 — 16,9
%.
Прирост коэффициента вытеснения
нефти зависит от концентрации применяемых
химических продуктов и объемов создаваемых
в пласте оторочек технологических
жидкостей. С увеличением этих параметров
возрастает значение остаточного
сопротивления для воды и происходит
увеличение коэффициента вытеснения нефти
из низкопроницаемого
пропластка.
Аналогичный комплекс
лабораторных исследований по фильтрации и
вытеснению нефти из моделей
послойнонеоднородных пластов был выполнен
с использованием алюмохлорида и ЩСПК. На
первом этапе исследований для вытеснения
остаточной нефти использовали каждый
реагент в отдельности, т.е. алюмохлорид и
ЩСПК в товарной форме. Как и в предыдущих
экспериментах, были использованы модели
неоднородного пласта с соотношением
проницаемости пропластков 10—15. Плотность и
вязкость насыщающей воды составили
соответственно 1183 кг/м3 и 1,82 мПа-с,
модели нефти — 833 кг/м3 и 3,86 мПа-с.
Опыты проводились в широком диапазоне
изменения температуры пласта (30 — 90 °С). В
табл. 11.15 и на рис. 11.5 приведены результаты
этих исследований, выполненных
применительно к условиям Ромашкин-ского
месторождения. Анализ результатов
лабораторных опытов позволяет сделать
следующие выводы.
Использование
алюмохлорида и щелочного реагента в
отдельности не позволяет существенно
повлиять на фильтрационные характеристики
высокопроницаемого промытого водой
пропластка. При этом остаточное
фильтрационное сопротивление для воды не
превышает 1,40, что практически не влияет на
извлечение нефти из низкопроницаемого
прослоя. После последовательной закачки
алюмохлорида и ЩСПК с соотношением объемов
1:1,5 при тех же условиях остаточное
сопротивление для воды в высокопроницаемом
прослое возрастает до 2,53 и прирост среднего
коэффициента вытеснения из модели пласта
увеличивается до 19,7 % (см. табл. 11.15, рис.
11.5).
Образование водоизолирующей
массы, повышающей фильтрационное
сопротивление пористой среды, происходит в
основном в высокопроницаемом прослое
неоднородного пласта, что приводит к
увеличению охвата его воздействием, т.е.
подключению в процесс вытеснения
малопроницаемого пропластка, в результате
чего происходит извлечение дополнительной
нефти из низкопроницаемого
пропластка.
Таким образом,
лабораторные исследования показали, что
применение композиции «AICl3 — ЩСПК»
позволяет увеличить фильтрационное
сопротивление промытых водой
высокопроницаемых интервалов пласта и
извлечь остаточную нефть из
низкопроницаемых прослоев за счет
улучшения охвата пласта воздействием. В
связи с этим были проведены дополнительные
лабораторные исследования по изучению
механизма увеличения нефтеотдачи
неоднородного пласта и изменения
остаточного фильтрационного сопротивления
промытых зон пористой среды в зависимости
от следующих факторов:
концентрации
хлоридов алюминия и ЩСПК в технологических
жидкостях;
объемного соотношения
растворов алюмохлорида и ЩСПК при
различных
концентрациях;
последовательности
закачки алюмохлорида и ЩСПК; суммарных
объемов создаваемых в пласте
технологических
жидкостей;
технологических
перерывов (пауз) в процессе обработки
пласта;
цикличности закачки
технологических жидкостей; применения
наполнителей.
Результаты
экспериментальных исследований
зависимости технологических показателей
от концентрации реагентов приведены на рис.
11.7 и 11.8. Анализ данных показывает, что с
повышением концентрации AICI3 и ЩСПК
коэффициент нефтеотдачи пластов
увеличивается, и наоборот, со снижением их
концентрации происходит ухудшение всех
показателей эффективности процесса
извлечения остаточной нефти. К концу
закачки оторочек алюмохлорида и ЩСПК
остаточный фактор сопротивления для воды
при изменении концентрации AICI3 от 5 до
25 % (по массе), ЩСПК — от 6 до 30 % (по
массе) изменяется от 1,50 до
4,14.
Изучалось влияние избыточного
количества ЩСПК в технологических
жидкостях, превышающего стехиометрическое
соотношение в реакции между алюмохлоридом
и ЩСПК, на процесс образования геля.
Соотношение объемов алюмохлорида со ЩСПК
составило 1:2,5 вместо 1:1,5, при котором
берутся эквивалентные количества
реагентов. Результаты исследований
показали, что избыток ЩСПК приводит к
снижению остаточного фактора
сопротивления для воды в высокопроницаемом
пропластке, и это сопровождалось в
опытах
и
_|-1-1-1
8,3
12,5 16,6 25,0
А1С13
10 15
20 30
ЩСПК
Концентрация реагентов в
технологической жидкости, %
Рис.
11.7. Зависимость остаточного фактора
сопротивления для фильтрации воды в
высокопроницаемом прослое пласта и
прироста среднего коэффициента вытеснения
от концентраций AlCl3 и ЩСПК в
технологических жидкостях:
1 —
прирост среднего коэфициента вытеснения;
2 — остаточный фактор
сопротивления
уменьшением прироста
среднего коэффициента вытеснения нефти.
Механизм изучаемого явления заключается в
том, что гель, образующийся при
взаимодействии алюмохлорида со ЩСПК,
растворяется в сильнощелочной среде (рН = =
9,5 — 10).
В лабораторных опытах
исследовалось влияние очередности
закачивания технологических жидкостей на
процесс вытеснения нефти и остаточный
фактор сопротивления.
При прочих
одинаковых условиях в одну из моделей
пластов закачивались сначала алюмохлорид,
затем ЩСПК, а в другую — сначала ЩСПК и
затем алюмохлорид. Анализ результатов этих
экспериментов показал, что при закачке по
первому варианту — алюмохлорид, затем ЩСПК
в один цикл эффективность по величине
Яост выше на 56 %, а по приросту
нефтеотдачи — на 62,7 %. При закачивании в два
цикла и разбавлении растворов в 2 раза
преимущество технологической схемы
закачки AlCl3 — ЩСПК очевидно —
эффективность ее на 59,7 % выше, чем при
закачке ЩСПК — AlCl3 (см. рис.
11.8).
О
0,5 1,0 1,5 2,0
2,5 3,0
Объем
прокачанной жидкости по пласту,
п.о.
Рис. 11.8. Изменение фактора
сопротивления высокопроницаемого
пропла-стка модели неоднородного пласта в
зависимости от концентрации алюмохлорида и
ЩСПК в технологических жидкостях (размеры
оторочек: AICI3 -0,05 порового объема, ЩСПК — 0,075
порового объема):
1 — AICI3 — 25 %, ЩСПК — 30 %;
2 — AICI3 — 16,6 %, ЩСПК — 20 %; 3 — AICI3 — 12,5 %, ЩСПК
— 15 %; 4 — AICI3 — 8,3 %, ЩСПК — 10 %, 5 -AICI3 — 5 %,
ЩСПК — 6 %
Эти результаты показывают
существенное снижение эффективности
применения последовательности закачки по
схеме «ЩСПК — алюмохлорид».
В
экспериментах по изучению влияния
наполнителей на технологический процесс
повышения нефтеотдачи с применением
AICI3 и ЩСПК была использована
глинистая суспензия, которую вводили в
щелочной реагент или в буферную жидкость.
При введении 5%-ной суспензии глинопорошка в
ЩСПК образуется густая масса
темно-коричневого цвета. Закачивание такой
суспензии приводит к резкому увеличению
фильтрационного сопротивления пористой
среды до 21,3 (см. рис. 11.8). Поэтому
глинопорошок вводили отдельно в виде
суспензии перед оторочкой ЩСПК или в
составе буферной воды. Была проведена
закачка ее в качестве продавочной жидкости.
Как видно из рис. 11.8, остаточный фактор
сопротивления в этих экспериментах после
прокачки 1 п.о.
технологической
жидкости составил 2,0-2,5 единицы. Несмотря на
это, максимальный прирост коэффициента
нефтеотдачи не превышает 16,7 %. Это
объясняется, по-видимому, образованием
глинистой корки на торце модели пласта,
которая затем размывается. Вероятно, что на
снижение эффективности влияют глины,
содержащиеся в суспензии, которые
интенсифицируют адсорбцию смолистых
веществ, содержащихся в щСпк.
В
специальных лабораторных опытах изучалось
влияние объема буферной воды между
оторочками алюмохлорида и ЩСПК и
технологического перерыва (паузы),
заключающейся в остановке процесса
заводнения после прокачивания реагентов в
пласт на 2,5 ч. Установлено [41], что увеличение
объема буферной воды от 0,05 до 0,15 п.о.
приводит к снижению прироста среднего
коэффициента вытеснения нефти с
19.7
до 8,5 %, что является следствием
разбавления реагентов в пористой среде.
Поэтому следует уменьшать объем буферной
воды в экспериментах на моделях пласта до
0,05 п.о., а в промысловых условиях сводить его
к минимуму в зависимости от длины пути
транспортирования реагентов до
образования геля и ряда других условий.
Выполнения этого условия можно добиться
путем одновременно раздельной закачки
растворов реагентов по двум
каналам.
Проведена серия
экспериментов по изучению влияния
технологического перерыва на
эффективность процесса обработки пласта.
Обнаружено, что после остановки на 2,5 ч
лабораторного эксперимента произошло
резкое возрастание фильтрационного
сопротивления в пласте до 12,15. Очевидно, это
можно объяснить упрочнением структуры
образующегося геля и наполнением его
фильтрующимися частицами, находящимися в
технологической жидкости. При повторном
прерывании процесса закачки вытесняющей
жидкости после нагнетания 2 поровых объемов
рабочего агента произошло новое
существенное повышение остаточного
сопротивления. Однако следует отметить, что
при этом ДКВ достиг
всего
8.7 %.
В
экспериментах по изучению влияния циклов
закачки хлорида алюминия и ЩСПК решались
две задачи — определялась эффективность
циклического закачивания реагентов при
сохранении их концентрации как в базовых
опытах и устанавливалось влияние на этот
показатель их разбавления при сохранении
исходного вещества в таком же
количестве.
На основании данных
опытов установлено, что увеличение циклов
при закачке равного количества реагентов
позволяет 600 увеличить коэффициент
вытеснения до 20,4-22,8 % вместо 17,5-19,7 % в базовых
экспериментах. Увеличение общего объема
технологической жидкости и разбавление
реагентов при сохранении количества
AICI3 и ЩСПК равным количеству их в
базовом эксперименте приводит к снижению
коэффициента вытеснения. При трехкратном
уменьшении концентрации AICI3 при
неизменной концентрации ЩСПК (30 %)
циклическая закачка обеспечивает прирост
коэффициента вытеснения на 22 %. Разбавление
ЩСПК во всех опытах приводило к снижению
прироста коэффициента вытеснения, несмотря
на сравнительно высокое значение
остаточного
сопротивления.
Моделирование
ограничения притока пластовых вод в
добывающую скважину с применением
алюмохлорида со ЩСПК было осуществлено в
специальном лабораторном опыте. После
закачивания 0,05 п.о. AICI3 и 0,075 п.о. ЩСПК,
оторочки воды в объеме 0,1 п.о. модели
оставили в покое на 2 ч для реагирования.
Затем закачку воды возобновили в прежнем
режиме, но в обратном направлении, имитируя
тем самым работу добывающей скважины после
обработки водоизолирующим составом. При
этом обнаружен быстрый рост
фильтрационного сопротивления пористой
среды, затем резкое его снижение. Несмотря
на последующее снижение фильтрационного
сопротивления, поставленная в эксперименте
цель была достигнута — значение Яост
сохранилось на уровне 1,6 при фильтрации
через модель пласта более 2,8 п.о. воды, что
привело к увеличению коэффициента
вытеснения нефти на 5,2 %. Эта
технологическая схема была предложена для
опытно-промысловых работ на месторождениях
Татарстана и Западной Сибири.
В табл.
11.16 приведены результаты экспериментов, в
которых достигнута наибольшая
эффективность вытеснения остаточной нефти.
Анализ данных показывает
следующее:
при закачивании
технологических жидкостей в один цикл
максимальное значение прироста
коэффициента вытеснения нефти достигается
при концентрации алюмохлорида и ЩСПК 25 и 30 %
соответственно;
при увеличении
числа циклов закачивания реагентов прирост
коэффициента вытеснения нефти возрастает с
19,7 до 21 %.
Установлено, что при
увеличении числа циклов закачки
алюмохлорида и ЩСПК многократное
воздействие выделяющегося при
взаимодействии реагентов диоксида
углерода способствует увеличению
коэффициента
вытеснения.
Технологические
параметры закачивания алюмохлорида и ЩСПК,
обеспечивающие максимальную
нефтеотдачу
Состав оторочек и последовательность |
Концентрация химического продукта, % |
Объем оторо чек, п.о. |
Объемное соотноше ние АХ:ЩСПК |
Число циклов |
Прирост среднего |
I — АХ |
25 |
0,05 |
|||
II — |
0,01 |
1:1,5 |
1 |
15,5 |
|
III — ЩСПК |
30 |
0,075 |
|||
IV — вода ППД |
1,7 |
||||
I — АХ |
25 |
0,05 |
|||
II — вода |
0,01 |
1:1,5 |
1 |
17,5 |
|
III — |
30 |
0,075 |
|||
IV — вода |
2,31 |
||||
I — АХ |
25 |
0,05 |
|||
II — вода |
0,01 |
1:1,5 |
1 |
19,7 |
|
III — ЩСПК |
30 |
0,075 |
|||
IV — вода ППД |
3,28 |
||||
I — АХ |
25 |
0,05 |
|||
II — |
0,01 |
1:1,5 |
1 |
18 |
|
III — ЩСПК |
30 |
0,075 |
|||
с ГС |
1 |
||||
IV — вода ППД |
2,20 |
||||
I — АХ |
12,5 |
0,05 |
|||
II — вода |
0,005 |
2:1 |
3 |
21,6 |
|
III — ЩСПК |
30 |
0,025 |
|||
IV — вода ППД |
3,06 |
||||
I — АХ |
25 |
0,017 |
|||
II — вода |
0,005 |
1:1,5 |
3 |
20,4 |
|
III — ЩСПК |
30 |
0,025 |
|||
IV — вода ППД |
3,0 |
Как отмечалось ранее, ЩСПК
обладает лучшими нефтевытесняющими
свойствами, чем вода, за счет снижения
меж-фазного натяжения на границе с нефтью.
При моделировании вытеснения нефти из
пористой среды с применением AICl3 со
ЩСПК влияние указанного фактора
определялось путем измерения объема нефти,
поступающей по высокопроницаемому
пропластку неоднородного пласта.
В
аналогичных экспериментах с
использованием технологических жидкостей,
не обладающих нефтевытесняющими
свойствами, такое явление не
наблюдается.
Прирост коэффициента
вытеснения нефти из модели
послойно-неоднородного пласта из-за
влияния повышенной нефтевытесняющей
способности ЩСПК в наших экспериментах
составлял 3,57 %.
Таким образом, в
результате выполнения комплекса
лабо-
Технологии закачки хлорида
алюминия и ЩСПК, рекомендованные к
первоочередным промысловым испытаниям и
внедрению
Последова тельность закачки |
Состав технологической |
Концент рация реагентов, % |
Объем |
Объемное |
I |
Алюмохлорид |
25 |
0,05 |
|
II |
Вода |
— |
0,005 |
1:1,5 — 2 |
III |
ЩСПК |
30 |
0,075 |
|
IV |
Вода (продавочная) |
— |
1,0 и более |
|
I |
Алюмохлорид |
25 |
0,05 |
|
II |
Вода |
— |
0,005 |
1:1,4 — 1,8 |
III |
Na2CO3 |
15 |
0,075 |
|
IV |
Вода (продавочная) |
— |
1,0 и более |
раторных исследований по
разработке технологии извлечения
остаточной нефти на основе использования
алюмохлорида и щелочных реагентов
установлено следующее:
технологии
УНП, основанные на последовательном
закачивании хлорида алюминия и щелочных
реагентов в обводненный продуктивный
пласт, позволяют извлечь остаточную нефть и
увеличить конечную
нефтеотдачу;
прирост коэффициента
нефтеотдачи при закачивании в пласт
AlCl3 со ЩСПК достигается как в
результате увеличения охвата пласта
воздействием, так и повышения коэффициента
вытеснения вследствие доотмыва остаточной
нефти щелочно-кислотным составом и
выделяющимся углекислым газом. Поэтому
данная технология может быть отнесена к
категории
комплексных;
эффективность
технологии УНП повышается с увеличением
числа циклов закачки алюмохлорида и ЩСПК, а
также концентрации закачиваемых
реагентов;
применение больших
объемов (>0,05 п.о.) пресной воды между
алюмохлоридом и ЩСПК в качестве буферной
жидкости приводит к снижению прироста
коэффициента вытеснения нефти из
пластов;
к первоочередным
промысловым испытаниям рекомендованы две
технологии уНп, характеристики которых
приведены в табл. 11.17;
установлена
принципиальная возможность применения
разработанных технологий для ограничения
притока вод в добывающие скважины
закачиванием хлористого алюминия и ЩСПК по
предложенной в настоящей книге
технологической схеме.
11.5.
ПРОМЫСЛОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ТЕХНОЛОГИЙ УНП НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
АЛЮМОХЛОРИДА И ЩЕЛОЧНЫХ РЕАГЕНТОВ
Из
промысловой практики известно, что каждый
метод увеличения нефтеотдачи пластов имеет
преимущества и недостатки, и его
оптимальное применение зависит от
геологофизических условий месторождения:
коллекторских свойств пород и химического
состава пластовых жидкостей. В связи с этим
основные задачи промысловых исследований
состояли в определении эффективности
рассматриваемых МУН [156, 157, 163],
выборе и обосновании оптимальных
геолого
физических и
технологических условий их
применения.
При проведении
экспериментов предусматривалось решение
следующих задач:
оценка оптимальных
условий взаимодействия алюмохлорида
(AICl3) со щелочными реагентами в
условиях нефтеводонасыщенного коллектора,
обеспечивающих максимальное повышение
фильтрационного сопротивления обводненных
зон и возможности вытеснения остаточной
нефти из менее проницаемых его
участков;
определение оптимальных
объемов оторочек алюмохлорида и щелочных
реагентов, а также буферной воды,
обеспечивающих эффективность проводимых
операций в различных геолого-физических
условиях пластов и с различной степенью их
выработанности;
выбор
первоочередных объектов для проведения
опытнопромысловых испытаний технологий
УНП;
разработка технологий
комплексного действия с применением
AICl3 — ЩСПК путем закачки реагентов
через нагнетательные и добывающие
скважины;
оценка эффективности
применения рассматриваемых УНП в условиях
месторождений Татарстана и Западной
Сибири.
В зависимости от
физико-геологических условий применения и
свойств химреагентов разработано
множество технологических схем закачки в
пласт химических реагентов. При разработке
метода воздействия на остаточную нефть
композициями на основе алюмохлорида со
щелочными реагентами исходили из
результатов лабораторных исследований,
приведенных в предыдущих
подразделах.
На рис. 11.9 показаны
возможные технологические
схемы
-м-
К агрегатам ..(l
ЦА-320-2М
—М- -+4
Рис.
11.9. Технологическая схема последовательной
(а) и одновременнораздельной
(б) закачки алюмохлорида и
щелочного реагента в пласт:
1 —
нефтенасыщенный песчаник; 2 —
водонасыщенный песчаник; 3 — глина; 4 —
алюмохлорид; 5 — щелочной реагент; 6 —
пресная вода
закачки реагентов,
разработанные по результатам
моделирования вытеснения нефти из пористой
среды в лабораторных условиях. Как видно из
рис. 11.9, а, для алюмохлорида со ЩСПК
принята типичная схема транспортирования
химически активных реагентов с применением
разделительной жидкости — воды. При этом
дозировка их осуществляется с
использованием мерных емкостей
передвижных насосных агрегатов. Второй
схемой (рис. 11.9, б) предусматривается
одновременно раздельная закачка
компонентов системы по разным каналам и
смешение их в призабойной зоне пласта. В
обоих случаях призабойная зона пласта
является редуктором для получения новой
системы для воздействия на
пласт.
Таким образом, технология
воздействия системы «AICI3 -ЩСПК» на
обводненные нефтяные пласты заключается в
последовательно чередующейся и
одновременно раздельной закачке в них
алюмохлорида и ЩСПК через нагнетательные
или добывающие скважины.
По схеме,
предусматривающей закачивание реагентов в
пласт через нагнетательные скважины,
обработка пласта производится в следующей
последовательности:
определение
приемистости пласта путем нагнетания
воды;
циклическая закачка реагентов
по принятой схеме.
Исходя из
результатов лабораторных исследований,
были обоснованы объемы закачки реагентов в
каждом цикле:
5-10 м3 —
алюмохлорида;
1-2 м3 — воды в
качестве разделительной
жидкости;
7-15 м3 — ЩСПК или
растворов других щелочных
реагентов.
После закачивания
растворов химреагентов вся система
продавливается в пласт водой из системы
ППД.
Объем технологической жидкости,
так же как в других технологиях,
рекомендуется определять по удельной
приемистости скважины q при
давлении нагнетания 10 МПа, которая
рассчитывается по формуле
q = Q /
Лраб, (11.13)
где
Q — общая приемистость пласта,
м3/сут; Лраб — работающая толщина
пласта, м.
Оптимальные расходы
технологических жидкостей следует
определять по данным табл. 11.18, составленной
на основе обобщения данных промысловых
испытаний технологий УНП на основе пДс и
МПДС.
В добывающих скважинах
рекомендован следующий порядок выполнения
работ по обработке пласта:
Таблица
11.18
Оптимальные расходы технологической
жидкости в зависимости от приемистости
пласта при давлении нагнетания 10 МПа
Удельная |
<50 |
50-100 |
100-150 |
150-200 |
> 200 |
Расход технологической жидкости, |
10 |
20 |
25 |
30 |
40 |
останавливают закачку воды в
нагнетательную скважину, гидродинамически
связанную с добывающей;
определяют
приемистость пласта закачиванием воды
объемом не более 3-5
м3;
закачивают в пласт 3-5
м3 раствора алюмохлорида; закачивают
буферную жидкость — пресную воду объемом 0,5
м3 для транспортирования реагентов по
насосно-компрессорным
трубам;
закачивают ЩСПК объемом 4,5-7,5
м3; закачивают буферную жидкость —
пресную воду объемом 0,5
м3.
Указанные циклы
закачивания алюмохлорида и ЩСПК повторяют
несколько раз в зависимости от дебита и
приемистости скважин (табл. 11.19).
В
добывающих скважинах при закачивании
реагентов по технологической схеме (рис. 11.9,
а) их продавка в пласт
осуществляется водой в объеме, не
превышающем объем НКТ более чем на 2-3
м3, с тем, чтобы образующаяся
водоизолирующая масса оставалась вблизи
призабойной зоны скважины. Закачивание по
схеме (рис. 11.9, б) позволяет
за-давливать AICl3 и ЩСПК, не разделяя
реагенты водой, доставлять их
непосредственно в призабоную
зону.
Учитывая результаты
моделирования вытеснения нефти из пористой
среды, после проведения указанных выше
операций рекомендуется остановить
окружающие добывающие скважины на 24 ч для
формирования геля в пласте .
После
завершения циклов закачки компонентов
технологическая жидкость из
нагнетательной скважины продавливается в
пласт водой в объеме, превышающем объем НКТ
на 30-40 %. При этом одновременно определяется
приемистость скважины.
Одной из
главных задач при проведении
опытнопромысловых работ по воздействию на
продуктивные пласты является правильный
выбор опытных участков месторождений,
наиболее полно отвечающих условиям
эффективного применения испытуемых
технологий УНП. На
эффективность
Таблица
11.19
Зависимость количества циклов
закачки технологических жидкостей от
дебита скважин
Дебит скважин, м3/ сут |
20-30 |
30-40 |
40-60 |
Более 60 |
Количество циклов |
3 |
4 |
5 |
6 |
гелеобразующих технологий
существенно влияет степень истощения
запасов (текущая нефтеотдача), толщина
пласта, тип коллектора, фильтрационные
характеристики пористой среды, состав и
свойства породы, нефти, воды и др. При этом
основными критериями являются
неоднородность продуктивного пласта по
проницаемости, низкий охват пласта
заводнением, высокая обводненность
добываемой продукции и достаточная
приемистость водонагнетательных скважин.
Промысловые опыты проводились на
месторождениях Западной Сибири и
Республики
Татарстан.
ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ
РАБОТЫ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ЗАПАДНОЙ
СИБИРИ
Опытно-промышленные работы
по испытанию разработанной технологии
проводились на Самотлорском месторождении
АО «Черногорнефть», Пограничном,
Западно-Суторминском АО
«Ноябрьскнефтегаз», Покачевском и
Урьевском АО
«Лу-койл-Лангепаснефтегаз».
Приведем
краткое описание геолого-физических
условий разработки опытных участков и
режимов заводнения с целью обоснования
выбора объектов для проведения
опытнопромышленных
испытаний.
Основные промышленные
залежи нефти Самотлорского месторождения
связаны с горизонтами АВ1, АВ2—3,
АВ4—5, БВ8, БВ10, некоторые
параметры которых приведены в табл. 11.20 [58].
Одной из особенностей этих горизонтов
является то, что коллекторы нефти в них
представлены полимиктовыми песчаниками и
алевролитами, которые содержат в среднем
кварца 50 %, слюды 40 %, глины 10 %. Полимиктовый
состав и гидрофильность при высоком
содержании глинистых минералов определяют
значительную удельную поверхность и
остаточную водонасыщенность коллекторов
месторождения, что имеет важное значение
при выборе реагентов для воздействия на
пласт.
Как следует из анализа данных
табл. 11.20, продуктивные пласты
Самотлорского месторождения различаются
по нефтенасыщенной толщине 1,8—19,0 м по
проницаемости (0,072 — 0,836 мкм2).
Коэффициент вариации по проницаемости и
пористости в 1,6 —2,1 раза превышает
аналогичный параметр Ромашкинского
месторождения.
Улучшение
коллекторских свойств и уменьшение
глинистости в горизонте прослеживаются
вниз по разрезу, что предопределяет
неравномерность вытеснения нефти
водой.
Геолого-физические параметры
залежей нефти Самотлорского
месторождения
Показатели |
Горизонты |
||||
АВ1 |
АВ2-3 |
АВ4-5 |
БВ„ |
БВ10 |
|
Глубина, м |
1611 |
1654 |
1687 |
2011-2026 |
2165 |
Нефтенасыщенная толщина, м |
6,9 |
8,5 |
19,0 |
3,8- 5,9 |
6,5 |
Проницаемость, мкм2 |
0,196 |
0,151-0,676 |
0,863 |
0,072-0,836 |
0,098 |
Пористость, % |
25,2 |
26,5 |
27,8 |
22,8-24,5 |
28,7 |
Коэффициент песчанистости, доли ед. |
0,49 |
0,31 |
0,74 |
0,35-0,58 |
0,24 |
Коэффициент |
3,9 |
6,3 |
9,42 |
2,75-4,31 |
4,76 |
Начальное пластовое давление, МПа |
17,6 |
17,6 |
17,6 |
21,1 |
21,6 |
Давление насыщения нефти газом, |
11,0 |
11,6 |
13,3 |
10,1-10,6 |
10,2- |
Вязкость нефти в |
1,45 |
1,51 |
2,13 |
1,13-1,15 |
1,0-1,15 |
Газосодержание, нм3/ т |
85,0 |
88,8 |
74,0 |
94,5-95,7 |
85,8-95,0 |
Плотность нефти в поверхностных |
0,840 |
0,840 |
0,860 |
0,832 |
0,825 |
Содержание серы, % (по массе) |
1,2 |
1,1 |
1,3 |
1,0- 1,2 |
1,0 |
Содержание парафина, % (по массе) |
3,8 |
4,0 |
1,9 |
3, 4 1 4, 6 |
3,5 |
Наибольшее влияние на
проницаемостную неоднородность
продуктивных пластов Самотлорского
месторождения оказывает глинистость,
значение которой в пластах АВ1-3
изменяется от 2,6 до 25 % (по массе). Наиболее
благоприятными оказываются участки с
повышенным содержанием нефти, достигающим
40-50 %. Как показано промысловыми
исследованиями в условиях пласта БВ8
Самотлорского месторождения, коэффициент
текущего охвата в однородных пластах
составил 0,58, а в неоднородных — 0,40
[87].
Характерной особенностью
месторождений ЗападноСибирской
нефтегазовой провинции (НГП) является
высокая степень микронеоднородности
продуктивных пластов. Вариации значений
проницаемости, пористости и связанной воды
для коллекторов последних гораздо выше, чем
для продуктивных терригенных коллекторов
месторождений Волго-
Уральской НГП.
Отличия эти в значительной мере
обусловлены вещественным составом
коллекторов.
Нефти Самотлорского
месторождения легкие (плотность 730-840
кг/м3), парафинистые [1,8-4,5 % (по массе)],
малосернистые [0,2-1,5 % (по массе)].
Динамическая вязкость нефтей различных
залежей в пластовых условиях составляет
0,5-6,5 мПа-с, газонасыщенность 45-110 нм3/т,
пластовая температура — 343-363 К. Как следует
из приведенных данных, вязкость нефти в
отдельных случаях незначительно
отличается от вязкости
воды.
Результаты приведенного
анализа позволили выделить следующие
критерии применимости метода в зависимости
от особенностей физико-геологического
строения продуктивных пластов на
Самотлорском месторождении и свойств
насыщающих их жидкостей, которые являются
основой для проведения испытаний
разработанных технологий с применением
AICI3 со щелочными
реагентами:
высокая степень
неоднородности пород в разрезе
скважин;
зональная неоднородность
коллекторов; микронеоднородность и
анизотропность монолитных пластов,
связанные с присутствием в разрезе мелких
пропластков с ухудшенной
проницаемостью;
высокая
обводненность добываемой продукции, равная
70-90 %, что подтверждает высокую
дренированность продуктивного
пласта;
сосредоточение в
низкопроницаемых зонах остаточных запасов
нефти, для вытеснения которых необходимо
комплексное воздействие на пласт —
одновременно с ограничением движения вод
улучшить
нефтевытеснение;
разработка
месторождения с применением методов
заводнения, приводящих к преждевременному
обводнению добывающих
скважин;
низкий коэффициент
извлечения нефти, не превышающий 30-40 % от
начальных геологических запасов; высокая
температура пласта, достигающая 90
°С.
Таким образом, условия
разработки Самотлорского месторождения
соответствуют требованиям, предъявляемым к
объектам для испытаний новых технологий
УНП как по геологическому строению,
обводненности скважин, так и по
вырабо-танности пластов.
На
Самотлорском месторождении первоочередные
опытно-промышленные работы проводились на
участках нагнетательных скважин 16290, 16287. На
рис. 11.10 показана блок-610
16269
16291
Рис.
11.10. Блок-схема построения участка пласта
скв. 16290 Самотлорского
месторождения:
1 — интервал
перфорации; 2 — глинистый пропласток;
3 — нефтенасыщенный пласт
схема
опытного участка скв. 16290, построенная по
данным геофизических исследований в
добывающих скважинах, имеющих
гидродинамическую связь с нагнетательной
скважиной. Целью построения блок —схемы
является, с одной стороны, установление
наличия сообщения между скважинами, с
другой — оценка влияния закачки
алюмохлорида со ЩСПК на изменение
направлений фильтрационных потоков. Кроме
того, она позволяет установить наличие или
отсутствие литологических «окон» между
пластами и изучить другие особенности
строения пластов. Как следует из анализа
карты разработки, участки расположены
вблизи контура нефтеносности и основные
гидродинамически связанные с ней скважины
16291, 16311, 16289 сильно обводнены.
По
блок-схеме (рис. 11.10) видно, что участок скв.
16290 весьма неоднороден по толщине вскрытых
пластов — толщина пропластков изменяется
от 6 до 9 м (табл. 11.21). Наблюдается и зональная
неоднородность, толщина пропластков сильно
изменяется в направлении от нагнетательных
к добывающим скважинам, имеются случаи
выклинивания отдельных пропластков. К тому
же проницаемость этих пропластков
изменяется в широком диапазоне — разрезе
пласта в каждой скважине (см. табл.
11.21).
Таблица 11.21
Характеристика
пластов опытного участка скв. 16290
Самотлорского месторождения
Скважи ны |
Но мер про пласт- ка |
Интервал перфорации, м |
Толщ ина, м |
Коэфф |
)ициент |
Обводненность |
|
пористости, % |
проницаемости, |
||||||
Нагнета |
1 |
1802,1- |
1805,3 |
2,3 |
22,8-28,8 |
0,043-0,220 |
— |
тельная |
2 |
1806,3- |
1806,9 |
0,6 |
24,9 |
0,075 |
|
скважина |
3 |
1807,9- |
1809,3 |
1,4 |
24,9 |
0,096 |
|
16290 |
4 |
1813,5- |
1815,3 |
1,8 |
23,7 |
0,094 |
|
5 |
1816,8- |
1825,0 |
9,0 |
19,7-26,6 |
0,120 |
||
Добы |
1 |
1803,1- |
1806,9 |
3,8 |
26,4 |
0,45 |
|
вающие |
2 |
1807,6- |
1812,5 |
4,9 |
26,4-28,5 |
0,96-0,120 |
51,0 |
скважи |
3 |
1817,8- |
1808,5 |
0,7 |
24,1 |
0,007 |
|
ны: 16268 |
4 |
1821,5- |
1822,7 |
1,2 |
22,6 |
0,056 |
|
16269 |
1 |
1801,3- |
1804,7 |
3,2 |
24,4-27,6 |
0,087-0,110 |
|
2 |
1805,1- |
1808,1 |
3,0 |
24,0-29,0 |
0,120-0,190 |
||
3 |
1808,5- |
1874,9 |
0,8 |
29,0 |
0,220 |
53,7 |
|
4 |
1814,8- |
1818,7 |
1,9 |
24,9 |
0,210 |
||
16280 |
1 |
1799,4- |
1802,5 |
3,1 |
25,8 |
0,130 |
|
2 |
1803,4- |
1807,2 |
3,8 |
25,2-29,0 |
0,130-0,320 |
||
3 |
1808,2- |
1808,9 |
0,7 |
26,4 |
0,130-0,320 |
82,6 |
|
4 |
1809,9- |
1810,9 |
1,0 |
22,2 |
0,240 |
||
5 |
1813,7- |
1814,8 |
1,1 |
24,9 |
0,284 |
||
6 |
1816,9- |
1817,9 |
1,0 |
24,7 |
0,284 |
||
16310 |
1 |
1806,7- |
1812,2 |
5,5 |
25,5-28,7 |
0,085-0,410 |
|
2 |
1815,8- |
1825,2 |
4,4 |
28,1 |
0,085-0,410 |
87,2 |
|
3 |
1821,6- |
1824,7 |
3,1 |
26,6 |
0,120 |
||
16311 |
1 |
1801,4- |
1803,2 |
2,2 |
27,2 |
0,045-0,044 |
|
2 |
1804,4- |
1805,0 |
0,6 |
23,4 |
0,008 |
89,0 |
|
3 |
1805,4- |
1806,6 |
1,2 |
23,4 |
0,008 |
||
16291 |
1 |
1808,1- |
1809,1 |
1,0 |
27,5 |
0,045 |
|
2 |
1808,8- |
1814,6 |
4,7 |
28,8 |
0,045 |
||
3 |
1808,1- |
1809,9 |
4,8 |
26,6-29,0 |
0,086-0,140 |
95,8 |
|
4 |
1800,4- |
1813,0 |
3,6 |
27,9 |
0,380 |
||
5 |
1816,8- |
1817,6 |
0,8 |
19,1 |
0,073-0,063 |
||
6 |
1820,4- |
1822,3 |
1,9 |
24,7 |
0,125 |
В табл. 11.22 приведена
характеристика выбранных объектов
Самотлорского месторождения для
закачивания гелеобразующей системы
«AICl3 — ЩСПК». При сравнительно
небольшой проницаемости пластов в опытных
скв. 16290 и 16287 (0,056 и 0,108 мкм2)
приемистость их составляет 940 и 1096
м3/сут при давлении закачки воды на
устье 14,5 и 13,5 МПа. Это связано с
присутствием в пластах трещин или других
каналов движения жидкости в коллекторе, что
косвенно подтверждает выводы работы А.С.
Трофимовой о наличии высокопроводящих
каналов-трещин. Обводненность продукции
добывающих скважин опытных участков
составляла 70 — 90 %.
Таким образом,
выбранные объекты-участки нагнетательных
скважин 16290 и 16287 соответствуют критериям
применения разработанных технологий УНП
комплексным воздействием (рис.
11.11).
Закачивание технологической
жидкости на основе алюмохлорида и ЩСПК
проводилось согласно [233] по схеме,
приведенной на рис. 11.9, с использованием
насосных агрегатов типа ЦА —320М.
На
рис. 11.12 показаны графики закачки
технологических жидкостей (объемы,
давление нагнетания) на скв. 16920. Закачка
технологических жидкостей осуществлялась
циклично:
Таблица
11.22
Характеристика объектов
Самотлорского месторождения, выбранных для
закачки гелеобразующей композиции «А1С1з —
ЩСПК»
Геолого-физические |
Номера нагнетательных скважин |
||
показатели |
16287 |
16290 |
|
Объект разработки |
АВх(3) |
АВ1(3) |
|
Толщина пласта, м: общая эффективная |
7,6 5,0 |
15,6 9,4 |
|
Пористость, % |
23,7 |
25,3 |
|
Интервалы |
1799.0—1802,0 1808.0—1809,5 1811,5—1815,0 |
1802.5—1809,5 1813.5—1816,0 1820,0—1825,0 |
|
Приемистость, м3/сут |
940 |
1096 |
|
Давление закачки, МПа |
14,5 |
13,5 |
|
Пластовое давление, МПа |
19,4 |
23,3 |
|
Накопленная закачка воды с начала |
1003962 |
1167027 |
|
Пластовая температура, °С |
85 |
90 |
0
100 0
700(м3/сут)/м
1-1-1-1-1
а
1788
1792
1796
1800
1804
1808
1812
1816
1820
1824
Н, м
О 200 0 200 м
3/сут
С пс |
1 |
1 |
|
V -4_’ -*¦ — -*¦ . . . . . J- ¦ |
¦ |
||
ш |
|||
— |
|||
— |
— |
||
_ -4- |
— |
/А
Рис. 11.11.
Диаграмма ПС (а) и профили приемистости
пласта до (б) и после (в)
обработки композицией «алюмохлорид — ЩСПК»
по скв. 16290 Самотлорского
месторождения:
1 — низкопроницаемый
пропласток, 2 — интервал
перфорации
5 м3 — AICl3, 2
м3 — воды, 7,5 м3 — ЩСПК. Всего за 11
циклов было закачано в пласт 55 м3
AICI3 и 82,5 м3 ЩСПК. За-давку
технологических жидкостей производили
водой объемом 30 м3.
Как видно из
рис. 11.12, давление нагнетания в процессе
обработки повысилось с 7,0 до 12,0 МПа, что
указывает на образование геля в пласте.
После окончания процесса закачки скважину
остановили под давлением на 24 ч на
реагирование, а затем пустили в
эксплуатацию.
Эффективность
проведенной операции оценивали по
изменению профиля приемистости до и после
закачки AICI3 со ЩСПК, снижению
обводненности продукции
реагирующих
Количество
циклов
Рис. 11.12. Изменение
технологических параметров при закачке
гелеобразующей композиции в
нагнетательную скв. 16290 Самотлорского
месторождения:
1 — алюмохлорид, 2 —
ЩСПК, 3 — кривая давления
скважин,
дополнительной добыче нефти и уменьшению
добычи попутной воды.
На рис. 11.11
приведены стандартная геофизическая
диаграмма ПС, а также профили приемистости
пласта, снятые расходомером типа РГД до и
после обработки пласта алюмохлоридом и
ЩСПК в скв. 16290. Анализ кривых показывает
перераспределение закачиваемой воды по
толщине пласта и увеличение охвата его
заводнением на 27 % за счет подключения в
работу ранее не работавших пропластков. В
рассматриваемом случае началось
вытеснение нефти из пропластков, сложенных
алевролитами в интервалах 1807,3-1808,0; 1815,2-1816,8;
1820,2-1821,0 м. Перераспределение потоков,
связанное с ограничением движения воды по
высокопроницаемым зонам и подключением в
работу, является подтверждением увеличения
фильтрационного сопротивления
высокопроницаемых пропластков вследствие
образования геля.
Важнейшим
показателем положительного влияния МУН на
процессы довытеснения остаточной нефти
является уменьшение содержания воды в
продукции реагирующих добывающих скважин.
В табл. 11.23 приведены результаты наблюдений
за обводненностью добываемой жидкости в
скважинах опытных участков 16290 и 16287. Из
данных таблицы выявляется существенное
снижение добычи попутной воды по
большинству скважин. В течение 4 мес после
проведения
Данные об изменении
обводненности реагирующих скважин на
опытном участке с нагнетательными
скважинами 16287 и 16290 Самотлорского
месторождения после обработки
гелеобразующей композицией «А1С1з —
ЩСПК»
Номер скважины |
Обводненность продукции скважин, % по |
|||
09.95 |
10.95 |
11.95 |
12.95 |
|
1 ряд |
||||
16266 |
90,70 |
86,02 |
83,07 |
89,67 |
16268 |
51,00 |
48,37 |
37,46 |
17,70 |
16269 |
53,70 |
48,29 |
44,13 |
27,50 |
16286 |
83,70 |
86,53 |
83,69 |
77,50 |
16289 |
49,70 |
54,04 |
60,64 |
59,25 |
16291 |
95,80 |
95,81 |
99,80 |
89,70 |
16307 |
93,30 |
93,30 |
94,55 |
87,80 |
16308 |
91,60 |
92,24 |
92,63 |
65,50 |
16311 |
89,00 |
89,64 |
98,81 |
83,33 |
18694 |
96,60 |
96,65 |
96,30 |
90,00 |
50592 |
31,90 |
34,06 |
33,18 |
22,15 |
2 и 3 ряд скважин |
||||
16245 |
40,39 |
38,88 |
29,45 |
31,00 |
16285Б |
63,55 |
58,23 |
54,65 |
16,00 |
16306 |
55,16 |
73,76 |
69,70 |
50,30 |
16309 |
69,90 |
72,56 |
68,00 |
56,00 |
16324 |
91,56 |
91,56 |
93,80 |
73,63 |
16328 |
66,28 |
72,58 |
67,42 |
67,30 |
16330 |
59,56 |
59,56 |
59,18 |
39,60 |
мероприятий
произошло уменьшение процента
обводненности в пределах от 1,5 до 48 %, что
является косвенным подтверждением
подключения в разработку объемов пласта с
низкой проницаемостью и повышенным
содержанием остаточной нефти.
В
качестве основной характеристики
вытеснения, по которой определялась
расчетная и дополнительная добыча нефти по
[118], была использована зависимость
накопленной добычи нефти Он от
обратной величины накопленной
добычи
1
жидкости — — (рис. 11.13).
Как видно из приведенного
ри-
Ож
сунка, рост
добычи нефти в добывающих скважинах
начинается через некоторое время после
закачки системы «AlCl3 -ЩСПК». В скв. 16290
это время составило около 1
мес.
Дополнительная добыча нефти за
первые 4 мес эксплуатации после обработки
на участке скв. 16290 составила 4664 т, а на
участке скв. 16287 — 1053 т. При этом добывающие
скважины продолжали работать с меньшим
содержанием воды в продукции, чем до
обработки.
Рис.
11.13. Характеристика вытеснения нефти на
участке нагнетательной скв. 16290
Самотлорского месторождения после закачки
гелеобразующей композиции «алюмохлорид +
ЩСПК»
о
I 800
I
790
1 780
7,0 7,1 7,2
7,3 7,4 7,5
7,6 7,7 7,8
7,9
1/Q 10ъ
На начальном этапе промысловых
работ на Самотлорском месторождении
опытные обработки скважин были проведены
еще на шести участках. Результаты их также
подтвердили высокую эффективность
технологии УНП на основе алюмохлорида и
ЩСпк.
Положительные результаты
промысловых исследований позволили
рекомендовать рассматриваемую технологию
на объектах НГДУ «Урьевнефть» и НГДУ
«Покачевнефть» ОАО
«Лукойл-Лангепаснефтегаз», на Пограничном
и Сутор-минском месторождениях АО
«Ноябрьскнефтегаз». На объектах НГДУ
«Урьевнефть» и НГДУ «Покачевнефть» были
испытаны технологии УНП на основе
использования алюмохлорида и ЩСПК.
Результаты промысловых опытов показали
высокую эффективность, возможность и
целесообразность широкомасштабного
применения.
На Пограничном и
Суторминском месторождениях наряду с МУНП
на основе алюмохлорида и ЩСПК испытывалась
технология извлечения остаточной нефти на
основе алюмохлорида и тринатрийфосфата
(ТНФ).
Особенность геологического
строения продуктивных пластов
Пограничного месторождения в отличие от
Самотлорского состоит в том, что основная
часть его представлена водонефтяными
пластами, подстилаемыми подошвенной
водой.
Жидкость |
Количество |
|||
1-3 |
4-8 |
9- 18 |
19 |
|
Алюмохлорид |
10 |
5 |
5 |
45 |
Вода |
1 |
1 |
1 |
10 |
Тринатрийфосфат |
60 |
30 |
20 |
— |
Вода |
1 |
1 |
1 |
— |
Начальная нефтенасыщенность
продуктивного пласта АВ1-2 составляла
не более 58 — 62 %, поэтому одной из основных
трудностей эксплуатации месторождения
является уход закачиваемой воды в
водоносный интервал пласта. В этих условиях
закачиваемую гелеобразующую композицию на
основе AICl3 и щелочных реагентов
рекомендуется использовать для
образования слабопроницаемой перемычки в
интервале подошвенных вод.
Известно,
что в нефтенасыщенном интервале пласта
происходит совместная фильтрация нефти и
воды. Образующаяся после закачки
композиций масса превращает подошвенную
часть пласта в слабопроницаемую перемычку.
Промысловый эксперимент предусматривал
создание такой перемычки из гелеобразной
массы под действием гравитационных сил в
зоне водонефтяного контакта добывающих
скважин.
Для решения поставленной
задачи были использованы две
технологии:
1) циклическое
закачивание раствора AICI3 в товарной
форме в количестве 192 т, плотностью 1280
кг/м3 и 7%-ного раствора
тринатрийфосфата (Na3PO4) — 37,56 т
(порошкообразного) по схеме, приведенной в
табл. 11.24;
2) закачивание
алюмохлорида в количестве 37,0 т, в таком же
количестве ЩСПК, разбавленных водой в
соотношении 1:3 (табл. 11.24).
В табл. 11.24
приведена динамика суточного дебита
скважин опытного участка нагнетательной
скв. 298.
После обработки
нагнетательной скв. 298 окружающие
добывающие скважины (табл. 11.25) проработали
с сохранением прироста добычи нефти в
течение 28 мес., за это время дополнительно
извлечено 74350 т нефти. На участках
нагнетательных скв. 300, 299, 301 за 11 мес.
дополнительно извлечено от 1869 до 6931 т нефти.
Результаты промысловых опытов позволили
сделать следующие выводы:
1)
технологии, основанные на закачивании
гелеобразующей композиции с применением
алюмохлорида и щелочных 618
Изменение
суточного дебита нефти скважин опытного
участка нагнетательной скв. 298 после
обработки композицией «А1С1з — ЩСПК»
Дата замера |
Дебит по нефти добывающих |
|||||
248 |
249 |
273 |
274 |
320 |
321 |
|
01.91 |
86 |
82 |
21 |
4 |
55 |
0,1 |
03.91 |
86 |
76 |
11 |
8 |
18 |
0,1 |
05.91 |
72 |
69 |
10 |
3 |
2 |
0,2 |
07.91 |
101 |
63 |
8 |
19 |
1 |
0,1 |
09.91 |
75 |
62 |
24 |
19 |
2 |
0,1 |
11.91 |
73 |
72 |
2 |
— |
11 |
0,1 |
01.92 |
82 |
74 |
5 |
13 |
14 |
6,1 |
03.92 |
92 |
81 |
3 |
9 |
15 |
14,3 |
05.92 |
96 |
87 |
9 |
16 |
1 |
— |
07.92 |
135 |
107 |
13 |
20 |
— |
— |
09.92 |
131 |
109 |
11 |
14 |
— |
— |
11.92 |
103 |
113 |
12 |
14 |
— |
12,5 |
01.93 |
126 |
120 |
12 |
17 |
2 |
11,6 |
03.93 |
128 |
113 |
7 |
9 |
2 |
27,0 |
05.93 |
149 |
110 |
12 |
10 |
3 |
41,6 |
07.93 |
152 |
106 |
9 |
21 |
1 |
18,0 |
09.93 |
144 |
114 |
8 |
15 |
2 |
0,4 |
11.93 |
133 |
117 |
— |
9 |
1 |
0,8 |
01.94 |
115 |
101 |
— |
3 |
2 |
7,1 |
03.94 |
128 |
98 |
— |
1 |
1 |
3,5 |
реагентов, позволяют увеличить
отбор нефти из продуктивных пластов,
подстилаемых подошвенной водой, без
резкого увеличения обводненности
добываемой
продукции;
Технологические
показатели эффективности воздействия на
обводненные нефтяные залежи
гелеобразующей композицией на основе
А1С13 со ЩСПК на Западно-Суторминском
месторождении
Таблица
11.26
Дата обра ботки |
Количество закачанных реагентов, м |
Количество до-бавоч-ных |
Дополнительная добыча нефти, т |
Длительность эффекта, |
||||
AICI3 |
ЩСПК |
ТНФ |
1995 |
1996 |
1997 |
|||
15.07.95 |
34,2 |
66,0 |
— |
5 |
1277 |
552 |
200 |
16 |
25.07.95 |
30,0 |
45,0 |
— |
6 |
1166 |
411 |
— |
14 |
01.08.95 |
38,0 |
— |
62,0 |
4 |
208 |
543 |
625 |
18 |
20.08.95 |
34,4 |
— |
64,0 |
6 |
595 |
— |
— |
6 |
20.09.95 |
38,4 |
— |
56,0 |
4 |
620 |
— |
— |
8 |
22.09.95 |
34,3 |
65,3 |
— |
7 |
129 |
— |
— |
3 |
28.09.95 |
35,5 |
— |
60,8 |
7 |
571 |
262 |
100 |
20 |
02.10.95 |
34,2 |
— |
66,0 |
5 |
134 |
1373 |
231 |
18 |
2) применение ТНФ в
качестве щелочного реагента с AlCl3
обеспечивает повышение нефтеотдачи
пластов в полимикто-вых недонасыщенных
коллекторах, как и применение ЩСПК;
3)
снижение концентрации и объема
закачиваемых реагентов в системах
«AlCl3 — ЩСПК» и «AlCl3 — ТНФ»
приводит к уменьшению эффективности
обработок.
Эти выводы получили
подтверждение и в промысловых
экспериментах на Западно-Суторминском
месторождении на участках нагнетательных
скв. 3304, 3382, 3428, 3432, 3477, 3478, 3505, 8878 (табл.
11.26).
В целом на месторождениях
Западной Сибири из высоко-обводненных
скважин опытных участков дополнительно
извлечено 166,14 тыс. т нефти, что составляет
7,85 тыс. т на одну обработку. По данным
экспериментальных исследований в среднем
около 3 % этой нефти извлекается за счет
улучшения нефтевытесняющих свойств
закачиваемой воды. Расчеты показывают, что
применение технологий УНП на основе
использования AlCl3 и щелочных
реагентов становится рентабельным в
условиях Западной Сибири при
дополнительной добыче нефти 0,8—1,0 тыс. т на
один опытный участок.
РЕЗУЛЬТАТЫ
ПРОМЫСЛОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ПРИМЕНЕНИЯ АЛЮМОХЛОРИДА СО ЩЕЛОЧНЫМИ
РЕАГЕНТАМИ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ
ТАТАРСТАНА
Опытные работы по
испытанию технологий УНП проводились на
обводненных участках Ромашкинского
месторождения в продуктивных пластах
девонского и бобриковского
горизонтов.
В разделе 7 было
показано, что состояние разработки
Ромашкинского месторождения
характеризуется высокой обводненностью
добываемой продукции, составляющей 75 — 90 %.
Одной из главных причин преждевременного
обводнения скважин при отборе нефти не
более 35 — 50 % от балансовых запасов является
послойная проницаемостная неоднородность
продуктивных пластов. Основная масса
закачиваемой воды в этих условиях
фильтруется по высокопроницаемым
интервалам нефтеводонасыщенного
коллектора, оставляя невыработанной его
низкопроницаемую часть, которая относится
к категории объектов с трудноизвлекаемыми
запасами. В связи с этим извлечение
остаточной нефти требует 620 ограничения
движения воды по высокопроницаемым хорошо
промытым пластам. Эту задачу можно решить с
применением алюмохлорида и щелочных
реагентов. Первоочередные опытные работы
на месторождениях Татарстана были
организованы в НГДУ «Лениногорскнефть» и
«Азнакаевскнефть».
Основными
объектами разработки выбранных НГДУ
являются пашийские, кыновские и
бобриковские горизонты, в промысловой
практике индексируемые как Д0,
Д2, Д1 и СЬ, которые сложены в
основном мелкозернистыми песчаниками и
крупнозернистыми алевролитами с
переслаиванием аргиллитов и глинистых
прослоев. Для коллекторов
песчано-алевролитовых пород характерны
кварцевая цементация и достаточно
однородный гранулометрический состав
(средний диаметр зерен мелкозернистых
песчаников составляет 0,11 — 0,15 мм, а
крупнозернистых алевролитов — 0,01 мм).
Толщина горизонта достигает 50 м.
Продуктивные пласты бобриков-ского
горизонта характеризуются значительной
изменчивостью литологического состава
пород по толщине и проницаемости отдельных
пропластков, что послужило основой для
выбора объектов по испытанию новых
технологий УНП.
В табл. 11.27 приведены
сведения о коллекторских свойствах
продуктивных пластов девонского и
бобриковского горизонтов. Данные таблицы
свидетельствуют о сложной неоднородности
продуктивных пластов Ромашкинского
месторождения. Неоднородность наблюдается
как по толщине пластов (1-8 м), так и по
проницаемости пород (0,05-1,0
мкм2).
На рис. 11.14 приведены
диаграммы геофизических исследований
нагнетательной скв. 13691, в которую была
закачана композиция «AICI3 — ЩСПК».
Анализ кривых КС и ПС показывает, что
проницаемость нефтенасыщенного пласта
толщиной 4 м изменяется кратно, т.е. он очень
неоднороден. Верхняя часть пласта толщиной
1,6 м и подошвенная — 2 м, представлены
песчаниками, между ними имеется
алевролито-вая прослойка толщиной 0,4 м.
Максимальную прони-
Таблица
11.27
Пределы изменения свойств пород
продуктивных пластов девонского и
бобриковского горизонтов Ромашкинского
месторождения
Горизонт |
Основной пласт |
Невыработанные пласты и пропластки |
||
Толщина, м |
Проницаемость, мкм2 |
Толщина, м |
Проницаемость, |
|
Девонский Бобриковский |
4.0-10,0 3.0-8,0 |
0,4- 1,0 0,35-2,0 |
1.0-3,0 1.0-4,0 |
0,05-0,20 0,10-0,30 |
Рис.
11.14. Геоэлектрический разрез (а) и
профили приемистости до закачки (б и
после закачки AlCl3 со ЩСПК (в) в
нагнетательную скважину 13691 (Кармалкинская
площадь, НГДУ «Азнакаевскнефть»):
1 —
пропласток, содержащий остаточную
нефть
Таблица 11.28
Характеристика
продуктивных пластов девонского горизонта
в разрезе нагнетательных скважин,
выбранных для закачки AlCl3 со
ЩСПК
НГДУ |
Номер скважины (про-пластка) |
Ин декс пла ста |
Интервал перфорации пласта, м |
Толщ ина пласта, м |
По рис тость, % |
Про ницае мость, мкм2 |
Тип коллек тора |
ЛН |
6081 |
Д1б2 |
1706,0-1708,4 |
1,6 |
21,6 |
0,20 |
Алевролит |
Д1б3 |
1708,4-1712,8 |
3,6 |
23,0 |
0,55 |
Песчаник |
||
Д1В |
1712,8-1714,8 |
2,0 |
23,4 |
0,20 |
Алевролит |
||
ЛН |
5064 а |
Д1а |
1797,0- |
0,4 |
19,0 |
0,10 |
Алевролит |
1797,4-1798,8 |
1,4 |
20,1 |
0,24 |
Песчаник |
|||
Д1б1 |
1802,4-1803,2 |
0,8 |
24,0 |
0,25 |
Песчаник |
||
Д1б2 |
1803,2-1805,6 |
2,4 |
19,0 |
0,06 |
Алевролит |
||
АзН |
19150 |
Д1а |
1859,0-1860,4 |
1,4 |
21,6 |
0,16 |
Алевролит |
1860,4-1861,2 |
0,8 |
24,0 |
0,18 |
Глина |
|||
1861,2-1863,6 |
2,4 |
20,5 |
0,21 |
Песчаник |
|||
Д1б1 |
1863,6-1866,0 |
2,4 |
22,0 |
0,06 |
Алевролит |
||
АзН |
13691 |
Д1а |
1745,4-1748,8 |
3,4 |
20,6 |
0,12 |
Песчаник |
1745,4-1746,6 |
1,2 |
21,2 |
0,10 |
Алевролит |
|||
1746,6-1748,8 |
2,2 |
19,8 |
0,12 |
Песчаник |
|||
Д1б1 |
1750,0-1752,0 |
2,0 |
20,0 |
0,10 |
Песчаник |
||
Примечание: «ЛН», «АзН» — сокращение |
|||||||
горскнефть», |
цаемость, (0,44-0,55
мкм2), имеет нижняя часть пласта.
Задача этой технологической операции
состояла в интенсификации притока жидкости
из менее проницаемого интервала пласта, в
том числе алевролитовой прослойки в
интервалах глубин 1743,5-1745,0 м, в которой
сосредоточена остаточная нефть.
Рис.
скв.
1
—
11.15. Характеристика
вытеснения нефти на участке нагнетательной
13691 после закачивания гелеобразующей
композиции (по
Сазонову):
прогнозируемая, 2 —
фактическая
Технология
закачки реагентов на Ромашкинском
месторождении основывалась на результатах
моделирования вытеснения нефти из пористой
среды с использованием AlCl3 и ЩСПК.
Объем закачки AlCl3 со ЩСПК в
нагнетательные скважины составлял 100-150
м3 в зависимости от количества циклов,
а при обработке пласта через добывающие — в
57 раз меньше. В соответствие с
разработанной технологией «AlCl3 и
ЩСПК» в пласт закачивали последовательно в
товарной форме без разбавления, в качестве
разделительной жидкости использовали воду
в объеме 3-6 м3. После задав-ливания
технологических жидкостей водой скважина
находилась под давлением не менее 24 ч для
взаимодействия реагентов. В табл. 11.28
приведены режимы закачки реагентов по
скважинам девонского
горизонта.
Результаты анализа
профилей приемистости, записанных с
помощью расходомеров типа РГД, показали,
что после воздействия на пласты произошло
перераспределение закачиваемой воды в
высокопроницаемые нижние пласты
и
Технико-экономическая
эффективность применения
«AlCl3 —
ЩСПК» на месторождениях Татарстана и
Западной Сибири
Показатели |
Производственные предприятия |
Всего |
|||
АО |
АО |
АО |
АО |
||
Количество экспериментальных |
12 |
13 |
6 |
4 |
35 |
Дополнительная добыча |
98862 8238 |
11887 914 |
52300 8717 |
14985 3746 |
178034 5086 |
Расход реагентов на один |
88,0 104,0 |
42,0 145,3 |
55,0 82,5 |
60,2 90,0 |
70 106 |
Затраты на внедрение, тыс. руб. Всего В том числе: на 1 участок на 1 т |
1476.0 123.0 14,9 |
679,0 52,3 27,9 |
768.0 128.0 93,0 |
368.0 92.0 61,3 |
3291,0 94,05 23,8 |
Экономический эффект, |
48625,4 32,9 |
6820,7 10,0 |
20740,0 27,2 |
7725,9 20,9 |
83912,46 25,5 |
подключение
в работу алевролитового пропластка, что
указы-вае на достижение цели по увеличению
охвата пласта воздействием в интервале
1744,4-1746,0 м. Этим объясняется и поступление
дополнительной нефти из
высокообводненного пропластка опытного
участка. Эффект от обработки, как видно из
рис. 11.15, начался через один месяц после
закачки AlCl3 и ЩСПК. Это время
характерно и для большинства остальных
опытных участков. За 15 мес. работы участка
после закачки из обводненных пластов
дополнительно было извлечено 12 890 т
нефти.
Результаты первоочередных
промысловых экспериментов по испытанию
технологий УНП на основе алюмохлорида и
щелочных реагентов приведены в табл. 11.29,
которые показывают эффективность
технологии в терригенных коллекторах
Ромашкинского месторождения на поздней
стадии разработки. Учитывая идентичность
физико-геологических условий этого
месторождения многим залежам
Урало-Поволжья, можно утверждать, что
применение технологии и в этом нефтяном
регионе является мероприятием
перспективным.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ
РАСЧЕТЫ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН НА ТВЕРДЫЕ
ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ
Для бурения
скважин на твердые полезные ископаемые
характерен небольшой зазор между стенками
скважины и колонной бурильных труб. Поэтому
основные потери в циркуляционной системе
будут формироваться при течении жидкости
через затрубное пространство. Правильность
такого предположения подтверждается
результатами сравнительных
расчетов.
11
При
наличии достоверных количественных
соотношений для определения потерь
давления в кольцевом пространстве давление
на забое скважины можно определять по
давлению на насосе, предназначенном для
прокачки промывочной жидкости.
Значительные гидравлические сопротивления
в кольцевом пространстве, увеличивающиеся
с повышением расхода жидкости, и
соответствующие изменения забойного
давления могут привести к так называемому
гидравлическому подпору, при котором
колонна труб либо зависает в стволе, либо
выталкивается из скважины.
Представляет
интерес найти максимально возможный расход
жидкости, выше которого будет наблюдаться
гидравлический подпор. Исследования
показали, что вращение колонны при роторном
бурении приводит к увеличению потерь
давления по сравнению с давлением на насосе
при промывке скважины. Очевидно, что
установление соответствующих расчетных
соотношений представляет практический
интерес.
11.1. СООТНОШЕНИЯ
МЕЖДУ ПОТЕРЯМИ ДАВЛЕНИЯ В РАЗЛИЧНЫХ
ЗВЕНЬЯХ ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ
СИСТЕМЫ
Необходимая мощность насосов,
установленных на буровых, зависит от
величины потерь давления промывочной
жидкос-276
ти, возникающих при течении ее
через различные местные сопротивления
(обвязка насоса, сужения и расширения при
прохождении через муфтовые соединения,
промывочные отверстия долота и т.д.), а также
потерь давления в линейной части, т.е. в
процессе прохождения жидкости внутри
бурильных труб и в затрубном
пространстве.
Положение о
превалировании потерь давления в кольцевом
пространстве над гидравлическими
сопротивлениями в остальных звеньях
циркуляционной системы подтверждается
сравнительными расчетами. В общем случае в
качестве промывочной жидкости можно
использовать воду (вязкая жидкость),
глинистые растворы (вязкопластичные среды),
эмульсии и аэрированные
смеси.
Поставленную задачу будем решать
для случая применения в качестве
промывочной жидкости воды, так как
получаемые при этом гидравлические
соотношения отличаются сравнительной
простотой. Очевидно, что если при
использовании вязкой жидкости потери
давления в кольцевом пространстве окажутся
значительно больше суммы всех остальных
гидравлических сопротивлений, то при
применении других промывочных жидкостей
(глинистые растворы, аэрированные смеси,
эмульсии) этот «дисбаланс» окажется
еще большим.
Для определения потерь
давления в трубах воспользуемся выражением
(9.71), произвольные постоянные в котором
найдем из граничных условий: на стенке
трубы радиусом r2 скорость жидкости и
равна нулю, а на оси потока и достигает
максимума, т.е.
при r = r2 и =
0;
при r = 0 и =
ишах.
Так как логарифм нуля
невозможен, то согласно второму граничному
условию = 0.
Из первого
граничного условия и выражения
(9.71)
С2 = — 4- ^ (11.1)
4-
dz
Значит, по (9.71) и (11.1) имеем
следующий закон распределения
скоростей:
Имеем также dp _ Арт
dz
l
Тогда
u _ Арт $
г22 — г2 4|il %
2
где Арт — потери давления в
трубе. Расход жидкости в трубе г2
q _
2nJrudr.
(11.5)
По выражению (11.4) и (11.5)
получим
пАРт
г2 8^1
(11.6)
q
или
Арт
8(ilq
(11.7)
Формулы (11.6) и
(11.7) известны под названием формулы
Пуазейля.
Для расчета потерь давления в
кольцевом пространстве воспользуемся
также выражением (9.17), определяя при этом
произвольные постоянные Cj и С2 из
граничных условий, согласно которым
скорости на поверхности колонны бурильных
труб радиусом г0 и скважины радиусом
г1 равны нулю, т.е.
при г =
г0 u = 0; при г = г1 u =
0.
Тогда
1 dp г{
C1 =
(11.8)
г
0
$
&
г2
г2
г2 г1 —
г0
C2 = — — ^
4|i
dz
1пг1
(11.9)
ln г1
г0
Согласно формулам
(9.71), (11.8) и (11.9) можно записать:
$
&
r 2
r2
r
r1 — r0
jn ji.
ln r ro
r
По (9.75),
(11.3) и (11.10) получим следующее выражение для
определения потерь давления в кольцевом
пространстве:
Дрк
(11.11)
2
П
( —
ro4)ln — — (r12
— ro2
‘ Го
‘
ln r1
_
По формулам (11.11) и
(11.7)
ДРк
(11.12)
ДРт
1-га
ln— -$1-г2
rc4ln—
Га
r
а
где г а = Го/r; Гс =
г2/гг.
В табл. 11.1 приведены диаметры
бурильных труб и скважин, представляющих
интерес для бурения на твердые полезные
ископаемые.
В табл. 11.2 приведены
отношения Дркп/Дрт при
различных га и гс для скважин
диаметрами 46 и 59 мм и бурильных труб,
указанных в табл. 11.1.
В табл. 11.3 приведены
отношения Дрк п/Дрт при
значениях га и гс для скважины
диаметром 76 мм.
Из табл. 11.2 и 11.3 следует,
что потери давления в кольцевом
пространстве намного больше потерь
давления в трубе. Только при двух значениях
га (см. табл. 11.3) Д рт
> Дркп. Од-
Т аб ли ц а 11.1
Тип бу риль ных труб |
На- руж- ный диа метр, мм |
Тол щи на стен ки, мм |
Диаметр скважины, мм |
|||||
46 |
59 |
76 |
||||||
Га |
гс |
Га |
Гс |
Га |
Гс |
|||
СБТН |
42 |
5,0 |
0,9130 |
0,6956 |
0,7119 |
0,5424 |
0,5524 |
0,4210 |
СБТН |
50 |
5,5 |
— |
— |
0,8475 |
0,6610 |
0,6579 |
0,5132 |
СБТН |
50 |
5,0 |
— |
— |
0,8475 |
0,6780 |
0,6579 |
0,5663 |
СБТН |
54 |
5,0 |
— |
— |
0,9152 |
0,7458 |
0,7105 |
0,3684 |
ЛБТН |
42 |
7,0 |
0,9130 |
0,6087 |
0,7119 |
0,4746 |
0,5526 |
0,3684 |
ЛБТН |
54 |
9,0 |
— |
— |
0,9152 |
0,6102 |
0,7105 |
0,5000 |
Га |
Гс |
Дрк.п Дрт |
Га |
Гс |
Дрк.п Дрт |
|
0,9130 |
0,6956 |
278,9 |
0,9130 |
0,6087 |
163,5 |
|
0,8475 |
0,6610 |
43,8 |
0,8475 |
0,6780 |
48,3 |
|
0,9152 |
0,7458 |
401,9 |
0,9152 |
0,6102 |
155,3 |
|
0,7119 |
0,5424 |
3,2 |
0,7119 |
0,4746 |
1,8 |
Т аб ли
ц а 11.3
Га |
Гс |
Дрк.п Дрт |
Га |
Гс |
Дрк.п Дрт |
|
0,5524 |
0,4210 |
0,337 |
0,6579 |
0,5263 |
1,729 |
|
0,6579 |
0,5132 |
1,600 |
0,7105 |
0,5789 |
4,000 |
|
0,5526 |
0,3684 |
0,197 |
0,7105 |
0,5000 |
2,200 |
нако расчет потерь
давления в этих случаях не представляет
практического интереса, так как при
указанных значениях га и гс
даже суммарные потери, составленные из
Дрт и Аркп, пренебрежимо
малы.
В табл. 11.4 приведены значения
Арт, Дркп и Дрт + ДРкп при
длине бурильных труб I = 100 м. Очевидно,
что при других I значения изменяются в
кратное число раз. В этой таблице
приводятся также параметры Рейнольдса в
трубе Иет и кольцевом пространстве
Иекп, а также соответствующие
критические значения в кольцевом
пространстве Иекркп, которые
свидетельствуют о том, что режим течения в
указанных полостях действительно
ламинарный.
Как видно из табл. 11.4,
потерями давления на трение в данном
диапазоне расхода жидкости при прохождении
ее через трубу и кольцевое пространство
можно пренебречь даже при глубине 2000 — 3000
м.
В табл. 11.5 приведены потери давления в
кольцевом пространстве и трубе для шести
значений га и гс. Расчеты
проводились при I = 100 м.
Из табл. 11.5
видно, что потери давления в кольцевом
пространстве могут быть существенными,
особенно при глубине 1000 м и более. Помимо
этого здесь потери давления в бурильных
трубах пренебрежимо малы по сравнению с А
ркп. При размерах бурильных труб и
скважины, для которых составлена табл. 11.5,
целесообразно провести расчеты по
определению потерь давления на
трение.
q° л/мин |
г2 = ReKp.K.n = 1060 |
Г2 = 0,014 м, Г1 = 0,0295 ReKp.K.n = 1060 |
||||||||
ReT |
ReK.n |
Арт, Па |
ДРж^ Па |
ЛРт + + ЛРж.н, Па |
ReT |
ReK.n |
Лрт, Па |
ЛРж.н’ Па |
ЛРт + + Па |
|
1 2 3 |
663,1 1326.2 1989.3 |
210,1 420.3 630.3 |
60 130 190 |
190 420 610 |
250 550 800 |
757,9 1515,8 2273,6 |
210,1 420.3 630.3 |
110 220 330 |
200 400 590 |
310 620 920 |
П
р о до лж е н и е т аб л . 11.4
q° л/мин |
Г2 = 0,016 м, Г1 = 0,038 м, Га = |
Г2 = 0,0195 м, Г1 = 0,038 Rerp.tn = 1020 |
||||||||
ReT |
ReK.n |
ЛРт, Па |
ЛРж.Н’ Па |
ЛРт + + ЛРж.ш |
ReT |
ReK.n |
ЛРт’ Па |
ЛРж.Ш Па |
ЛРт + + ЛРж.ш Па |
|
1 2 3 |
663,1 1326.3 1989.4 |
179,8 359,7 539,5 |
600 130 190 |
20 40 60 |
80 180 250 |
544,1 1088,2 1632,3 |
168,4 336,8 505,2 |
30 60 90 |
50 100 140 |
80 160 230 |
П р о до лж е н и е т аб л . 11.4
q° л/мин |
Г2 = 0,014 м, Г1 = 0,038 |
Г2 = 0,020 м, Г1 = 0,032 м, Га = |
||||||||
ReT |
ReK.n. |
ЛРт, Па |
ЛРж.Н.’ Па |
ЛРт + + ЛРж.н, Па |
ReT |
ReK.H. |
ЛРт’ Па |
ЛРж.НЛ Па |
ЛРт + + ЛРж.н’ Па |
|
1 2 3 |
757,9 1515,8 2273,6 |
179,8 359,7 539,5 |
110 220 330 |
20 40 60 |
130 260 390 |
530.5 1061,0 1591.5 |
168,4 336,8 505,2 |
30 50 80 |
50 90 140 |
80 140 220 |
П р о до лж е н и е т аб л . 11.4
q’ л/мин |
Г2 = 0,022 м, Г1 = 0,038 |
Г2 = 0,018 м, Г1 = 0,038 м, Га = |
||||||||
ReT |
ReK.H |
ЛРт, Па |
ЛРжл° Па |
ЛРт + + ЛРж.н, Па |
ReT |
ReK.H |
ЛРт’ Па |
ЛРж.н’ Па |
ЛРт Па |
|
1 2 3 |
482,3 964,6 1446,9 |
163,3 326,5 489,7 |
20 40 50 |
80 160 200 |
100 200 250 |
589,5 1178,9 1768,4 |
163,2 326,5 489,7 |
40 80 120 |
90 180 260 |
130 260 380 |
q, л/мин |
Г2 r |
= 0,016 м, rl |
= 0,023 м, = |
Г2 Га |
= 0,014 м, rl = 0,9130, |
= 0,023 м, = 0,6087 |
||||
Rer |
^ж.п |
Лрт, Па |
ЛРж^ Па |
ЛРт + Па |
R^ |
^ж.п |
ЛР^ Па |
ЛРж.ш Па |
ЛРт + + ЛРж.п, Па |
|
1 |
663,1 |
241,1 |
60 |
18060 |
18120 |
757,9 |
241,2 |
110 |
18060 |
18170 |
2 |
1326,3 |
482,3 |
130 |
36120 |
36250 |
1515,8 |
482,4 |
220 |
36120 |
36340 |
3 |
1989,4 |
723,4 |
190 |
5418,0 |
54370 |
2273,6 |
723,8 |
330 |
54180 |
54510 |
П р о до лж е н и е т аб л . 11.5
q, л/мин |
Г2 r |
= 0,016 м, rl = 0,9130, |
= 0,023 м, = 0,6956 |
r2 |
% о о“ 0= 11 |
= 0,023 м, = 0,6087 |
||||
R^ |
ReM |
ЛРт, |
ЛРж^ Па |
ЛРт + + ЛРж.п, Па |
Reт |
ЛР^ Па |
ЛРж.ш Па |
ЛРт Па |
||
1 |
530,5 |
194,7 |
26 |
1280 |
1306 |
544,1 |
194,7 |
30 |
1280 |
1310 |
2 |
1061,0 |
389,4 |
53 |
2560 |
2613 |
1088,2 |
289,4 |
58 |
2560 |
1618 |
3 |
1591,0 |
584,1 |
80 |
3840 |
3920 |
1632,3 |
584,1 |
88 |
3840 |
3928 |
П р о до
лж е н и е т аб л . 11.5
q, л/мин |
r2 = 0,020 м, rt = 0,0295 м, rs = |
r2 = 0,018 м, rt = 0,0295 м, rs = |
||||||||
Reт |
^ж.п |
ЛРт, Па |
ЛРж^ Па |
ЛРт + + ЛРж.п, Па |
Reт |
^ж.п |
ЛРт, Па |
ЛРж.п, Па |
ЛРт + + ЛРж.п, Па |
|
1 2 3 |
482,3 964,6 1446,8 |
187,8 375,6 563,4 |
18 36 54 |
7200 14400 21600 |
7218 14430 21654 |
589.4 1178.4 1768.4 |
187,8 375,6 563,4 |
40 80 120 |
7200 14400 21600 |
7240 14490 21720 |
Однако
небольшие значения q, обусловливающие
ламинарный режим течения в трубе и
кольцевом пространстве, представляют
ограниченный практический интерес. С
увеличением q жидкость во внутренней
полости трубы движется при турбулентном
режиме, а в кольцевом пространстве — при
ламинарном.
Поэтому представляется
целесообразным определить потери давления
при ламинарном течении в кольцевом
пространстве и турбулентном режиме во
внутренней полости бурильных
труб.
Потери давления в трубе согласно
формулам Дарси — Вейсбаха и Блазиуса
определяются так:
и 0,25
у 0,75 Iq 1
g
0‘75Г24‘75
Следовательно,
по формулам (11.11) и (11.13)
ln—
a
Дрк.п
Дрт
(11.14)
2
= 283,8156$
Гс4,75
В
табл. 11.6 приведены значения Дрт,
Дркп и Дркп/Дрт для ряда q
и различных геометрических размеров
колонны труб и скважины. Расчеты
проводились при I = 100 м и условии, что
промывка осуществляется водой.
Из табл.
11.6 следует, что Дркп намного больше
Дрт.
Однако помимо потерь давления
по длине в циркуляционной системе имеются
такие местные сопротивления, как потери
давления в обвязке Дро6в, промывочных
отверстиях долота Дрдол, сужениях
муфтовых соединений Дрм. Расчеты
показали, что ввиду малости Дро6в,
Дрдол и Дрм сумма Д р т + +
Дробв + Дрдол + Дрм также
существенно меньше Дркп.
11.2.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕСА КОЛОННЫ ТРУБ НА КРЮКЕ, А
ТАКЖЕ МАКСИМАЛЬНОГО РАСХОДА ЖИДКОСТИ,
ЗАКАЧИВАЕМОЙ В СКВАЖИНУ И ИСКЛЮЧАЮЩЕЙ
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПОДПОР
Решим задачу
при ламинарном режиме течения вязкой
жидкости в кольцевом
пространстве.
Составим уравнение
динамического равновесия, проведя при этом
цилиндрическую поверхность в кольцевом
пространстве радиусом г:
2 лМт +
пг2р2 — п(г2 —
г02) —
л(г02— г22)
т! — пг22у! —
пг22рн + F =
0,
(11.15)
где рн и
р2 — давление нагнетания и у нижнего
торца колонны труб соответственно; т —
касательное напряжение по боковой
поверхности цилиндра радиусом г; F — вес
колонны на крюке.
т = ^ —.
(11.16)
dr
Тогда по выражениям
(11.15) и (11.16), пользуясь граничным условием,
согласно которому скорость жидкости на
поверхности труб равна нулю, получим
следующую формулу для определения скорости
в любой точке кольцевого
пространства:
u=-P2—lL(r2-r;) +
+ п(r0—т)-F
,пХ.. (11.17)
4^1 (
0‘ 2л^1 r
0
Т а б л и ц а 11.6
q. л/мин |
r2 = 0,016 м, r1 = 0,023 м, rs = 0,913, |
r2 = 0,014 м, r1 = 0,023 м, rs = Кежр.ж.п = |
||||||||
Ивт |
Ке1Л |
Лрт, Па |
Па |
ЛРж.п ЛРт |
Кет |
ЛР^ Па |
ЛРж.^ Па |
ЛРж.п ЛРт |
||
1 8 10 12 |
3979 5305 6631 7957 |
1445 1929 2411 2893 |
980 1610 2380 3280 |
108300 144400 180640 216700 |
110,5 89,7 75,9 66,0 |
4547 6063 7579 9095 |
1447 1929 2411 2893 |
1840 3040 4500 6190 |
108300 144400 180600 216700 |
58,8 47,4 40,1 35,0 |
П р о до
лж е н и е т аб л . 11.6
q, л/мин |
r2 = 0,020 м, r1 = 0,0295 м, rs = Кежр.ж.п = |
r2 = 0,0195 м, Кежр.ж.п = 2546 |
||||||||
Кет |
Ке1л |
ЛРт, Па |
ЛРж.^ Па |
ЛРк.п ЛРт |
Кет |
Ке1л. |
ЛР^ Па |
Па |
ЛРК.п ЛРт |
|
6 8 10 12 |
3184 4244 5305 6366 |
1168 1557 1947 2336 |
340 560 820 1130 |
7690 10250 12820 15380 |
22,6 18,3 15.6 13.6 |
3265 4353 5441 6529 |
1168 1557 1947 2336 |
380 630 930 1280 |
7690 10250 12820 15380 |
20,2 16,2 13,7 12,0 |
П р о до лж е н и е т аб л .
11.6
q, л/мин |
r2 = 0,022 м, r1 = 0,0295 м, rs = |
r2 = 0,018 м, r1 = 0,0295 |
||||||||
Иет |
Кеж.п |
ЛРт, Па |
Па |
ЛРК.п ЛРт |
Иет |
Кеж.п |
ЛР^ Па |
ЛРж.ш Па |
ЛРК.п ЛРт |
|
6 8 10 12 |
2894 3858 4823 5787 |
1127 1502 1878 2254 |
210 360 530 740 |
43200 57600 71980 86380 |
205.7 161.8 137.0 120.0 |
3537 4716 5895 7073 |
1127 1502 1878 2253 |
550 920 1360 1870 |
43200 57600 71980 86380 |
78.5 62.6 52,9 46,2 |
Так как скорость жидкости на
стенке скважины равна нулю, т.е. при r =
r1 u = 0, то в соответствии с (11.17)
полу
чим
пДр(
r
F = пг22рн
+ п$Го2 — r22)|(ут -у)
(11.18)
rJ
21n^-
r
0
В соответствии с (11.7), (11.11) и (11.18)
можно составить следующее выражение для
определения веса колонны на крюке:
$
&
8|i lq
n^ql
|(у
т—у)
+ П(Го2 —
r22
(11.19)
r9
—
21n-‘r—
r
r
0
где
f
(С
ini
r
(11.20)
а
1-ra i— —
(1-г2‘2
a
Давление нагнетания по (11.7) и
(11.11)
1n r1 _Л_
8[ilq
п
(11.21)
р
а
+~
2 2 2
r24
н
Из уравнения
динамического равновесия жидкости,
движущейся во внутренней полости колонны
труб при турбулентном режиме течения, можно
записать:
р н = Др + 0,3164^q
175l $П’
Гн ^
17 5 4 7 5 ( 2д
‘
(11.22)
Л75г4,75
Тогда
по формулам (11.11), (11.22) и (11.18) получим
следующее выражение для определения веса
колонны при турбулентном течении жидкости
в колонне труб и ламинарном движении в
кольцевом пространстве:
$
&
|(у т
— Y) +
+ п( r
+ 0,3164^ °’75 [-Ц
18ng j
r22‘75
Теперь
найдем вес колонны на крюке при
турбулентном режиме в кольцевом
пространстве и колонне труб. Сила трения на
внешней поверхности колонны труб
T =
2ш-01тг
(11.24)
Согласно [14] касательное
напряжение на внешней поверхности колонны
бурильных труб определяется
так:
)ЛР
aI2r0 + a
(11.25)
X, =
¦
2r 01 Значит,
T =
na(r0 + а)Р. (11.26)
Из
уравнения динамического равновесия по
внешней поверхности колонны труб
имеем
П-22Рн + п( — r22)(^т —
Y)-пГ02Рн-T- F = 0.
(11.26*)
Тогда (по 11.22), (11.26) и (11.26*)
получим:
п(Г02 — r22)
т — Y) -п (r0 +
a)2 —
ЛР +
(11.27)
2
В соответствии с [10, 11,
14]
1 1 19
ЛР =
f (ra,a*)Ji^Li%-1j 4
y~41,
(11.28)
g4
4
f%ra,a) =
5,998377-10“5ja*^$2-э+ a*)7$+
/
Л217/, .f$ 1
1 — ra — a*&
( + a). I1 — ra —
a)7 %)—IT—)
(11.29)
+
где a* = a/r1 (a —
расстояние от стенки трубы до поверхности в
кольцевом пространстве, на которой
касательное напряжение равно нулю).
$ 1 —
гл — a *)’
а *( 2ra + а
*
1 — (ra +
a
2
a
Таким образом, по формулам (11.27) и
(11.28)
1 7
~ “т 3
и7
q4
4
4
g
r
0,3164
(11.31)
I 0,75
(8п)
r
2
(r0 + a)2 —
Теперь найдем вес колонны на крюке
при структурном режиме течения в кольцевом
пространстве и колонне труб.
Составим
уравнение динамического равновесия сил,
проведя мы1сленно цилиндрическую
поверхность во внутреннем градиентном
слое:
nddT + г*)
— п(r2 — ro?)yI — п(r02
— r22)y ) —
пT22Iy + F —
пr?2рн +
пr2Р2 = 0,
2 п rl
где и1 — скорость в любой
точке внутреннего градиентного
слоя.
Дифференциальное уравнение
решается при соблюдении следующего
граничного условия: скорость жидкости на
поверхности трубы равна нулю, т.е. при r =
r0 и1 = 0.
Тогда
получим
F -п( r02 —
r22) 1 (y т — Y
)-пг22Рн
lnr -io (r — roY
(11.32)
ro n v ‘
2пп1
На поверхности ядра
скорость жидкости во внутреннем
градиентном слое становится равной
скорости самого ядра, т.е. при r = р1
и1 =
u0.
Следовательно,
F
-п( r02 — r22) 1 (y т
— Y )-пг22Рн 2пп1
in ?1
-:ео
ro П
Составим
уравнение динамического равновесия,
проведя цилиндрическую поверхность по
внешнему градиентному слою:
+
пг2Р2 + F — пг22Рн
= 0.
(11.34)
Уравнение (11.34) решается при
условии, что скорость жидкости во внешнем
градиентном слое на поверхности внешнего
цилиндра (скважины) становится равной нулю,
т.е. при г = г1 и2 = 0.
В
результате решения получаем
(11.35)
На
поверхности ядра скорость жидкости во
внешнем градиентном слое переходит в
скорость самого ядра, т.е. при Г = Р2 U2 =
U0.
Значит, по (11.33)
(11.36)
Составим уравнение
динамического равновесия, проведя
цилиндрическую поверхность по внутренней
границе ядра потока:
+
пР2Р2 + F —
пГ22Рн = °.
(11.37)
Аналогичное
уравнение составим, проведя цилиндрическую
поверхность по внешней границе ядра:
+
ПР2Р2 + F — пГ22Рн =
°.
(11.38)
По уравнениям (11.37) и (11.38)
получим:
F
— л^2 — r22)т — Y) — пГ22Рн
= — 2Л‘Р1Р2Т0 .
(11.40)
р 2 р1
По
выражениям (11.39) и (11.40) можно записать:
F
= пг22Рн + n(r2 — r2 ) т-Y
)-Ш12р ар . Лр.
(11.41)
Так как значения u0,
найденные по формулам (11.33) и
(11.36), равны
между собой, то получим следующее
уравнение, устанавливающее связь между
радиусами ядра:
РаР , 1П= 1 (р2 — ра + 1 —
ra2 ) — (1 + ra )(р. — Ра ),
(11.42)
По выражениям (11.32), (11.33),
(11.35), (11.40) и (11.43) получим следующее
соотношение для определения расхода
жидкости в кольцевом пространстве:
13
(р4 — ра)) + 1- ra4 + 2
рар (р2-ра)-2рар, (1 — ra
4
q
ЛГ1ЛР
q
= 8п’
(11.44)
Согласно
упрощенной формуле Букингама давление
нагнетания Рн при структурном режиме
течения в кольцевом пространстве можно
найти так:
Р н = ЛР + ^ .
(11.45)
Лг2*
3r2
Значит, по формулам
(11.41) и (11.45) вес колонны составит
=
п(2 — r2)т-Y) + +
-n^’-яг^^, -rc2),
(11.46)
F
2
где Гс = r 2/ r 1.
Значит, в
точной постановке задача решается так: при
заданных значениях т0, ‘, Л Р, г1 и
га по выражениям (11.39) и (11.42) находим
р( и р., подставив которые в (11.46)
определя-
ем F; соответствующий расход
жидкости вычисляем по формуле
(11.44).
Однако такой путь связан с
проведением большого объема
вычислительных операций.
Для
приближенного решения задачи А Р будем
определять по формуле (8.57), а радиусы ядра
как
1 — г
а2
т
О1 ;
Г1АР ‘
(11.47)
Ра
2 ln—
Га
1 —
га + т О1
2 ln—
Г1АР‘
Га
(11.48)
Рь =
По (11.46) — (11.48) можно записать:
8г| Iq
= —
Г22) (у т — Y ) ¦
+ — пг21т0 — пг1 Ар
х
2
1 —
га $ т0| &
(11.49)
х
— г,
2ln
По формулам (8.57) и (11.49) найдем F
при следующих исходных данных: г1 = 0,0295
м, г2 = 0,018 м, г0 = 0,027 м, I =
1000 м, п = 10 • 10-3 Па
• с, т0 = 3 Па, у
=
= 1,2 • 104 Н/м3, у = 7,85 • 104
Н/м3. Так как в данном случае га =
г0/г1 = 0,915, то согласно табл. 10.1
имеем ф (га) = = -0,1014, ф(га) = 0,0101,
ф(га) = 0,0098.
Тогда по формулам (8.57) и
(11.47)
Ар = 207,54 • 105[0,1014 +
1038,73q +
+ ^0,1014 + 1038,73q)2 — 0,0101 .
F =
85063,329 + 246913,58q — 0,00273397АР х
(11.50)
2
$ 101694,9 l АР
0,544143
(11.51)
х
В табл. 11.7
приведены результаты расчетов по
выражениям (11.50) и (11.51).
290
q, л/мин |
F, Н |
A ^1 Н |
q, л/мин |
F, Н |
AF, Н |
|
2 |
78042,4 |
7020,9 |
11 |
67639,0 |
17424,3 |
|
3 |
76765,8 |
8297,5 |
12 |
66542,1 |
18521,2 |
|
4 |
75552,7 |
9510,6 |
13 |
65445,2 |
19618,1 |
|
5 |
74376,5 |
10686,8 |
14 |
64356,8 |
20706,5 |
|
6 |
73223,8 |
1186,42 |
15 |
63268,8 |
21794,5 |
|
7 |
72987,8 |
12975,5 |
16 |
62183,3 |
22880,0 |
|
8 |
70963,8 |
14099,5 |
17 |
61101,4 |
23962,0 |
|
9 |
69848,9 |
15214,4 |
18 |
59451,2 |
25612,1 |
|
10 |
68741,6 |
16321,7 |
19 |
58933,6 |
26129,7 |
В табл. 11.7 AF =
— r22)т — Y) —
F,
т.е. разность между весом колонны
в находящейся в покое и движущейся
жидкости.
Значения F и AF формируются
за счет гидродинамических сил, вызванных
прохождением промывочной жидкости через
кольцевое пространство.
Очевидно, что на
поверхности колонны бурильных труб может
образоваться пленка толщиной 1 — 1,5 мм,
обусловленная либо нанесением смазки, либо
налипанием выбуренной породы, глинистого
раствора. В этом случае значения F и AF
могут существенно измениться.
Если
обозначить толщину налипшего слоя через A,
то согласно (11.49)
F = л(г2 —
Г22)l(y т — y) + ^2г +1ЛГ21то —
пг2Ар х
г2
3
(11.52)
1- г
а
х
21n-
Г
где Га! = (Го +
А)/Г!.
Значение Ар определяется по (8.57) при
условии, что Га = = Га1. Проведем
расчеты по определению F и AF при
приня-
данных и A = 0,001 м, т.е. Га1
=
тых ранее исходных _ 0,027 + 0,001
Тогда р* = 0,974464,
^(га) =
—
0,94315.
0,0295
0,036946,
ф(га) = 0,0013384, ф(га) = 0,00214916.
Согласно (8.57) и (11.50) можно записать:
q, л/мин |
F, Н |
А ^1 Н |
q, л/мин |
F, Н |
АF, Н |
|
2 |
62147,5 |
22915,8 |
7 |
29455,2 |
55608,1 |
|
3 |
55451,1 |
29612,2 |
8 |
23025,0 |
62038,3 |
|
4 |
48878,7 |
36184,6 |
9 |
16608,9 |
68454,4 |
|
5 |
42373,1 |
42690,3 |
10 |
10145,7 |
74917,6 |
|
6 |
35902,5 |
49160,8 |
11 |
3756,3 |
81307,1 |
Ар =
997,0673 • 105[0,0369461 + 1214,7716q +
+^(0,0369461 +
1214,7716q )2 — 0,0013389 . (11.53)
F
= 85063,329 + 246913,58q — 0,00273397Ар х
0,577274
-(101694,9) . (11.54)
%
АР
В табл. 11.8 приведены результаты
расчетов по формулам
(11.53) и (11.54).
В
дополнение к данным, приведенным в табл. 11.8,
укажем, что при q = 13 л/мин имеем F = -2601,83 Н,
т.е. вес на крюке равен нулю и трубы движутся
вверх. Из графика зависимости F = f/(q),
построенного по всем этим данным, следует,
что при q = 11,5 л/мин F = 0.
Таким образом,
если принять в (8.57) и (11.52) F = 0 и га=
Га1, то можно найти условия (q, А),
при которых колонна труб будет полностью
взвешена.
Аналогично по формулам (11.19)
или (11.23) и (11.27) в зависимости от режимов
течения в трубе и кольцевом пространстве
можно найти максимально возможный расход q
и толщину допустимого слоя А, при которых
вес колонны труб на крюке становится равным
нулю в случае, когда промывка скважины
осуществляется водой.
11.3.
ПОТЕРИ ДАВЛЕНИЯ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ВРАЩЕНИЕМ
КОЛОННЫ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ
Пусть
кольцевое пространство, образованное двумя
концент-рично расположенными цилиндрами,
заполнено вязкой жидкостью. Внутренний
цилиндр вращается с постоянной
угло-292
вой скоростью ю. Требуется
определить давление в любой точке
поперечного сечения кольцевого
пространства.
Рассмотрим задачу в
цилиндрической системе координат z, г, ф.
Очевидно, что траекториями движения частиц
жидкости являются концентричные
окружности; составляющие скорости по осям
г и z отсутствуют, а существует лишь
иф = и, зависящая от г. Если г0 и
г1 — радиусы колонны бурильных труб и
скважины, то г0 < г
< г1.
Согласно уравнению
неразрывности
(11.55)
Давление
во всех точках данной окружности,
составляющей траекторию движения, будет
одинаковым, так как на преодоление сил
сопротивления затрачивается не
потенциальная энергия жидкости, а
механическая, приводящая цилиндр во
вращение. Поэтому в плоскости гф давление
изменяется только по радиусу, т.е. Р = Г(г) и —
= 0.Тогда в соот-
д ф
ветствии с
системой дифференциальных уравнений Навье
— Стокса
и2 = 1 Ф
;
(11.56)
г Р С^г
Г
d 2и 1 Си
и
0.
(11.57)
+
Сг2 г Сг
г2
Выражение (11.57) представляет
собой дифференциальное уравнение типа
Эйлера, и его частные решения следует
искать в форме
(11.58)
Из уравнений (11.57)
и (11.58) получим k(k -1)гк — 2 + кгк-2 —
гк-2 = 0.
Отсюда к(к -1) +
к -1 = 0.
Следовательно, имеем два
значения к: к = 1, к = —1 и
1
Таким
образом, общее решение уравнения (11.57) можно
записать в следующем
виде:
В
(11.59)
и = Аг +
—.
г
Произвольные постоянные
А и В в уравнении (11.57) находим из
граничных условий:
при г — г0 и
= сог0;
при г = г, и =
0.
Тогда
шг2
2 2 ‘ Л -*о
(11.60)
(11.61)
А =
—
Из выражений (11.59)
— (11.61) получим
г2 _ г2
а =
сог02 —1—
(11.62)
{г.2-*?)
Таким
образом, решая уравнение (11.56) с помощью
выражения (11.62), получим
2 4
р =
Ршго
Г2
9г4
——2т2 In г
(11.63)
+ С.
2 г2
(‘’-‘“У
При г
= r0р = yh. Тогда
Р = Pi +
ул.
(11.64)
(11.65)
где
‘
-4
1
-2 2 Jb f
Очевидно,
что при г = г, величина р достигнет
наибольшего значения. Тогда
2 2 Г1
г0
р1=
рю2*о
(11.66)
;7-г,
г0
В табл. 11.9 приведены результаты
расчетов по формуле
(11.66), выполненных
при г0 = 0,027 м, г, = 0,0295 м и различных
п.
В табл. 11.10 приведены результаты
замеров давления на насосе рн при
различных расходах жидкости и частоте
вращения колонны бурильных труб.
Эксперименты проводились в скважине
диаметром 0,059 м, в которую были спущены
трубы диаметром 0,054 м при длине 100 м.
Из
сопоставления данных табл. 11.9 и 11.10 видно,
что доля Pi в формировании рн,
полученная по замерам, намного выше
соответствующей величины, рассчитываемой
согласно формуле (11.66). Это обстоятельство
объясняется тем, что при вращении колонны с
одновременной закачкой необходимо
складывать потери давления при осевом
движении с р1( возникающем в случае
ламинарного или турбулентного вращения с
неизвестным эксцентриситетом.
Таблица
11.9
п, об/мин |
р1( Па |
Л, |
pv |
|
100 |
1900 |
240 |
10947 |
|
120 |
2737 |
250 |
11878 |
|
140 |
3725 |
260 |
12847 |
|
150 |
4276 |
280 |
14900 |
|
160 |
4865 |
300 |
17104 |
|
180 |
6158 |
320 |
19461 |
|
200 |
7602 |
340 |
21970 |
|
220 |
9184 |
350 |
23280 |
Таблица
11.10
<7. |
Рп, 102 |
||||
10″4 м3/с |
п = 0 |
п = 150 об/мин |
п |
п = |
п = 300 |
1,333 |
400 |
847/875 |
1055/1145 |
140/1370 |
1705 |
1,500 |
457 |
905/980 |
1230/1240 |
-/1612 |
— |
1,750 |
517 |
985/1140 |
1330/1465 |
1740/1855 |
2135 |
1,933 |
590 |
1145/1320 |
1635/1630 |
-/2060 |
— |
2,333 |
667 |
1405/1440 |
1835/1855 |
2210/2315 |
2770 |
3,750 |
1412 |
2540/2740 |
3360/3490 |
4025/4200 |
4850 |
4,583 |
2092 |
3475/3630 |
4250/4225 |
5250/5235 |
6200 |
6,000 |
3545 |
4250/5720 |
5960/6440 |
7350/7275 |
8500 |
7,500 |
5557 |
6250/6050 |
7290/8620 |
9950/9550 |
11350 |
9,333 |
7835 |
8600/8270 |
1011/11310 |
12800/11850 |
1400 |
10,667 |
11450 |
114500/11075 |
12350/12300 |
14800/13900 |
13600 |
12,500 |
14750 |
147500/- |
15300/14700 |
17100/16850 |
18600 |
Примечание. В числителе и |
По всей видимости
такого рода задачи целесообразно решать
методом размерностей.
Физическое
уравнение в данном случае можно записать
так:
Рн = Д^к-п. ‘dJD-dH,
р,1,1,п), (И .67)
где vK n —
средняя скорость течения жидкости в
кольцевом пространстве.
При принятом
числе оборотов л труб диаметром dH = =
0,054 м и диаметре скважины D = 0,059 м
уравнение
(11.67) можно переписать в
следующем виде:
Рн = ^(УК.П.»
S-d„,p,|LU). (11.68)
В качестве
величин, имеющих независимые размерности,
выберем vKn,D-dH,
р.
Тогда в соответствии с
тс-теоремой
Рн
(11.69)
(z>-dH)V
_v*>(D-dH)V‘
v*2{D-dK)y У
Соблюдая принцип равенства
размерностей числителя и знаменателя в
каждом комплексе уравнения (11.69), а также
имея в виду, что сопротивление в кольцевом
пространстве (что по сути и определяет
значение рн) прямо пропорционально
1/(D — dH)( получим
П =
<p(ReKn),
(11.70)
где
n2(D2-dl]
pHg(D-dH)
П =
—^-i—J-(П.71)
l&flq2Re
=_^2_
АЧ^К.П. / .
•
7c(D +
dH)v
По данным табл. 11.10 были найдены
значения П при соответствующих рн и
q. Результаты расчетов сведены в табл.
11.11. Значения П вычислены как
среднеарифметические из соответствующих
рн, приведенных в табл. 11.10. По
замеренным значениям П были построены
графики зависимости П = = /i(Re) при различных
л, на основании которых сделан 296
<7. КГ4 м3/с |
Re |
п |
п = |
||
П-104 |
П-104 |
П-104 по |
П-104 по |
||
1,333 |
1502 |
416 |
442 |
547 |
587 |
1,500 |
1690 |
380 |
385 |
500 |
539 |
1,750 |
1972 |
338 |
320 |
444 |
437 |
1,933 |
2161 |
315 |
318 |
414 |
388 |
2,333 |
3286 |
287 |
291 |
377 |
377 |
2,933 |
3286 |
229 |
227 |
300 |
297 |
3,750 |
4225 |
189 |
176 |
248 |
233 |
4,583 |
5164 |
162 |
145 |
212 |
203 |
6,000 |
6760 |
132 |
115 |
173 |
161 |
7,500 |
8638 |
109 |
103 |
144 |
128 |
9,333 |
10516 |
94 |
96 |
123 |
115 |
10,667 |
12018 |
85 |
92 |
111 |
107 |
12,500 |
14084 |
75 |
91 |
99 |
96 |
1,333 |
1502 |
678 |
— |
810 |
— |
1,500 |
1690 |
620 |
— |
740 |
— |
1,750 |
1972 |
551 |
566 |
658 |
690 |
1,933 |
2161 |
514 |
— |
613 |
— |
2,333 |
2441 |
468 |
465 |
557 |
630 |
2,933 |
3286 |
373 |
355 |
445 |
435 |
3,750 |
3225 |
308 |
285 |
367 |
335 |
4,583 |
5164 |
264 |
245 |
315 |
285 |
6,000 |
6760 |
214 |
195 |
256 |
230 |
7,500 |
8638 |
178 |
170 |
212 |
185 |
9,333 |
10516 |
153 |
135 |
183 |
165 |
10,667 |
12018 |
138 |
120 |
165 |
— |
12,500 |
14084 |
122 |
110 |
146 |
— |
вывод, что эти кривые
целесообразно аппроксимировать по
формуле
П = B(n)/Rec.
(11.72)
В выражении (11.72) с = 0,765 и не
зависит от л. При каждом л были найдены
значения В(п) и построен график
зависимости В(п) = /(л), которую можно
представить в виде прямой
В(п) = 0,6 4-
0,07007л, (11.73)
где л — число
оборотов в минуту.
Таким образом,
формула (11.69) принимает вид
или
<Т. 104 |
Re |
л = 100 об/мин |
п = 200 об/мин |
п = 500 об/мин |
п = 700 об/мин |
||||
П-104 |
Д, % |
П-104 |
Д, % |
П-104 |
Д, |
П-104 |
Д, % |
||
1,500 |
1690 |
277 |
15,2 |
372 |
0,0 |
648 |
4,7 |
779 |
3,0 |
1,750 |
1972 |
270 |
7,6 |
356 |
9,8 |
594 |
2,5 |
706 |
0,8 |
1,933 |
2161 |
266 |
0,0 |
348 |
11,0 |
565 |
0,0 |
667 |
0,0 |
2,333 |
2441 |
233 |
11,9 |
336 |
4,9 |
528 |
3,5 |
617 |
1,5 |
2,933 |
3286 |
216 |
15,0 |
264 |
17,2 |
447 |
11,0 |
511 |
7,5 |
6,000 |
6760 |
212 |
4,1 |
254 |
9,1 |
299 |
1,4 |
324 |
4,2 |
7,500 |
8638 |
219 |
3,4 |
238 |
1,3 |
261 |
1,2 |
277 |
2,0 |
9,333 |
10516 |
205 |
0,0 |
225 |
4,0 |
234 |
0,6 |
245 |
0,0 |
10,667 |
12018 |
212 |
5,6 |
217 |
0,0 |
217 |
4,9 |
225 |
2,1 |
12,500 |
14084 |
197 |
0,5 |
208 |
3,6 |
199 |
3,6 |
204 |
2,6 |
Ph=—^5404T5vQ7^
(°’6+0‘07074
<1175>
nl235(D-dH)
(D+dH) g
По
формуле (11.74) были найдены значения П при
различных л и q. Результаты сведены в
табл. 11.11, из которой следует, что
погрешность А при вычислении по формуле
(11.74), а следовательно, и (11.75) не превышает
15%.
Аналогичные исследования были
проведены при бурении скважины буровыми
снарядами, внешняя поверхность которого
покрыта смазкой КАВС. В табл. 11.12 приведены
значения П, полученные по фактическому
давлению на насос на стендовой скважине при
различных q и л. В соответствии с данными
табл. 11.12 построен график зависимости П = /(Re,
л), обработка которого позволила вывести
следующую формулу:
п =
—27-
(11-76)
Re
I
При
100 < л < 400
об/мин а = 0,11605 — 0,0680337 •
10_2л + 0,0209002 • 10~V
+
+ 0,028533 Ю^л3;
(11.77)
х = 0,0475 + 0,1155
— 102л.
При 400 < л < 700
об/мин
а = 2,25 • 10~2n — 7,25;
х =
0,367 + 0,338 • 10-2n.
(11.80)
(11.79)
Из
табл. 11.12 следует, что при 100 < п
< 700 об/мин и 1700 < Re < 14 ООО
расчеты для определения давления на насос в
случае проводки скважины буровым снарядом,
покрытым смазкой КАВС, можно выполнять по
формуле (11.74) или
—(11.81)
Рн =
K2g{D-dH^D2-4
Значения
а их определяются по формулам (11.77)
(11.81).
МЕТОАЫ
ИНТЕРПРЕТАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ОПРЕАЕАЕНИЯ
СОСТАВА ВОЛ
11.1.
ХИМИЧЕСКИЕ ТИПЫ ПОДЗЕМНЫХ
ВОД
Разнообразие химического состава
подземных вод вызывает необходимость их
систематизации. С этой целью предложены ряд
классификаций и множество способов
наглядного изображения составов вод
(графики, формулы, коэффициенты и пр.).
В
настоящее время распространено выражение
химического состава вод с помощью формулы
Курлова (1928 г.), рационализированной И.Ю.
Соколовым:
1. В левой стороне формулы
записывается (в мг/дм3) содержание
газов, а затем микрокомпонентов, если их
количество превышает нормы для отнесения
подземных вод к минеральным.
2.
Далее записывается минерализация
воды (М) в виде дроби: в числителе — в весовой
форме, в знаменателе — в эквивалентной.
3.
В псевдодробь записывают в нисходящем
порядке все катионы (в знаменателе) и анионы
(в числителе), содержание которых
составляет более 1 экв-%.
4. В
правой стороне от формулы записывают
показатели, характеризующие состояние воды
(рН и Eh) и температуру, а также
перманганатную окисляемость (в мг
02/дм3), а также плотность
воды.
Например:
^
HC0379C112S048F1—
Na55Ca30Mg14K1
pH6,3,Eh+100;
С021080М1,0/18,42
0Mn2 t 40 °C.
По величине
минерализации М (в г/кг) ГОСТом “Гидрохимия.
Основные понятия, термины и определения”
установлена следующая классификация
вод:
Пресные воды……
Солоноватые
воды.
Соленые
воды……
Рассолы…………..
До 1
От 1 до 25 От 25 до 50 Более
50
Таблица
11.1
Классификация состава природных
вод по В.И. Сулину
Тип воды |
Na+/C1 |
(Na+-C1 )/ SO4— |
(C1 |
Сульфатно-натриевый |
> 1 |
< 1 |
< 0 |
Г идрокарбонатно-натриевый |
> 1 |
> 1 |
< |
Хлоридно-магниевый |
< 1 |
< 0 |
< 1 |
Хлоридно-кальциевый |
< 1 |
< 0 |
> 1 |
Классификация химического состава
вод проводится по различным признакам —
величине минерализации, характерным солям,
соотношению компонентов, специфическим
особенностям вод и др. Хорошо известны
классификации В.И. Сули-на, М.Г. Валяшко, О.А.
Алекина, С.А. Щукарева и др.
В
нефтегазовой гидрогеологии наибольшее
распространение по генетическим типам вод
получила классификация В.И. Су-лина (1948 г.). В
основе ее — выделение 4-х групп вод по
наличию ряда компонентов, отражающих
специфику обстановки формирования
природных вод. Тип воды устанавливается по
соотношению ряда эквивалентных
коэффициентов (табл. 11.1).
В 1932 г. М.Г.
Валяшко, развивая классификацию
академика
Н.С. Курнакова и исходя из
данных о совместной растворимости, выделил
три основных химических типа природных вод:
карбонатный, сульфатный и хлоридный (табл.
11.2).
Этими тремя химическими типами
охватывается подавляющее большинство
земных вод, за исключением группы кислых
вод, в которых присутствуют сильные
кислоты, вроде HC1, HF, H2SO4. Кислые
воды в земных условиях малоустойчивы и
су-
Таблица 11.2
Классификация
состава природных вод по М.Г.
Валяшко
Типы |
K, A1k* |
K A1k + So4— |
T. A1k |
K4 = Ca |
родных рассолов |
Ca2 + + Mg2+ |
K2 2+ 2+ Ca2 + + Mg2+ |
K3 = Ca2+ |
|
Карбонатный |
> 1 |
> 1 |
> 1 |
> 1 |
Сульфатный: сульфат- |
< 1 |
> |
> 1 |
< 1 > 1 |
но-нат- |
||||
риевый сульфа- |
< 1 |
> |
> 1 |
< 1 |
тно-маг- |
> 1 |
|||
ниевый |
||||
Хлоридный |
< 1 |
< 1 |
< 1 |
< 1 |
*A1k = CO |
3— + hco 3. |
ществуют только там, где
происходит постоянная генерация сильных
кислот (например, в областях современного
вулканизма).
Выделенные химические типы
вод являются естественными природными
образованиями и формируются в природной
обстановке в результате отбора устойчивых
природных ассоциаций растворенных
компонентов в природных водах.
Переход
из одного химического типа в другой может
осуществляться под влиянием процессов
метаморфизации — воздействия вещества
окружающей среды, постороннего данной воде,
или под влиянием живого
вещества.
Классификации В.А. Сулина и М.
Г. Валяшко во многом совпадают. Однако
выделенные В.А. Сулиным сульфатнонатриевый
и хлормагниевый типы вод являются лишь
частями одной взаимной системы и вода
сульфатно-натриевого типа может быть
переведена в хлормагниевую простым
охлаждением. Поэтому при прогнозировании
солеотложения удобнее пользоваться
классификацией М.Г. Валяшко.
Еще одно
существенное замечание к классификации
Сулина — то, что в ней используется ион
натрия. В практике химических лабораторий
ион натрия рассчитывают по разности между
суммой основных анионов и кальция и магния.
Поэтому на натрий приходятся все основные
ошибки определения. Если в воде
присутствуют ингибиторы коррозии, соляная
кислота, повышенное содержание иона
аммония — все это автоматически
пересчитывается на натрий, в результате
чего ошибки в определении его могут
достигать, в отдельных случаях, 100 % и
более.
11.2. МЕТОДЫ
ПЕРЕСЧЕТА ИОННОГО СОСТАВА ВОД В СОЛЕВУЮ
ФОРМУ
Обычно данные химических
анализов вод, получаемые в
химико-аналитических лабораториях,
выражены в мг или мг-экв ионов на 1 дм3
воды. Для прогноза состава солей,
выпадающих из вод в результате того или
иного процесса, необходимо эти данные
пересчитать в солевую форму (М.Г. Валяшко,
1965). Для этого состав воды выражают в
мг-экв/дм3 и далее пересчитывают по
нижеприведенной схеме.
Состав основных
солей в растворах:
Са(НСО3)2,
Mg(HCO3)2,
NaHCO3, CaSO4, MgSO4,
Na2SO4, CaCl2, MgCl2, NaCl, KCl.
Здесь и далее под HCO- подразумевается сумма (
HCO— + СО2″).
Присутствуют
следующие соли:
Са(НС03)2,
Mg(HC03)2,
NaHC03,
Na2S04, NaCl, KCl.
Расчет ведется по
схеме:
1. Содержание Са(НС03)2
равно содержанию
Са2+:
Са(НС03)2 =
Са2+.
2. Содержание Mg(HC03)2
равно содержанию Mg2+:
Mg(HC03)2 =
Mg2+.
3. Содержание NaHC03 равно
содержанию иона (НС03)—минус
содержание (Са2+ +
Mg2+):
NaHC03 = (НС03)— —
(Са2+ + Mg2+).
4. Содержание
Na2S04 равно содержанию
S0^—:
Na2S04 = S0f.
5.
Содержание KCl равно содержанию K+:
KCl =
K+.
6. Содержание NaCl равно содержанию
Cl— минус содержание K+:
NaCl = Cl— —
K+.
7. Проверка: содержание (общее) Na+ равно
содержанию NaHC03 + Na2S04 + NaCl.
Сульфатный тип
(сульфатно-натриевый)
Присутствуют
соли: Са(НС03)2,
CaS04, MgS04, Na2S04,
KCl,
NaCl.
1. Содержание Са(НС03)2
равно содержанию HC0^:
Са(НС03)2
= HC0—.
2. Содержание CaS04 равно
общему содержанию Са+2 минус
Са(НС03)2:
CaS04 = Са2+
— Са(НС03)2.
3. Содержание
MgS04 равно содержанию Mg2+:
MgS04 =
Mg2+.
4. Содержание Na2S04
равно содержанию S0^— минус содержание
(CaS04 + MgS04):
Na2SO4 =
SO44— — (CaSO4 + MgSO4).
5.
Содержание KC1 равно содержанию K+:
KC1 =
K+.
6. Содержание NaC1 равно содержанию Na+
минус содержание Na2SO4:
NaC1 =
Na+ — Na2SO4.
Сульфатный
тип
(сульфатно-магниевый)
Присутствуют
соли: Са(НСО3)2, CaSO4,
MgSO4, MgC12, KC1, NaC1.
1.
Содержание Са(НСО3)2
равно содержанию
HCO—:
Са(НСО3)2 =
HCO—.
2. Содержание CaSO4 равно
содержанию Са+ минус содержание
Са(НСО3)2:
CaSO4 = Са2+
— Са(НСО3)2.
3. Содержание
MgSO4 равно содержанию SO^— минус
содержание CaSO4:
MgSO4 = SO4—
— CaSO4.
4. Содержание MgC12 равно
содержанию SO^— минус содержание
MgSO4:
MgC12 = SO4— — MgSO4.
5.
Содержание KC1 равно содержанию K+:
KC1 =
K+.
6. Содержание NaC1 равно содержанию
Na+:
NaC1 = Na+.
7. Проверка:
содержание C1— равно содержанию
MgC12 + + KC1 + NaC1.
Хлоридный
тип
Присутствуют соли:
Са(НСО3)2, CaSO4, CaC12,
MgC12, KC1, NaC1.
1. Содержание
Са(НС03)2 равно содержанию
HC03:
Са(НС03)2 =
HC03.
2. Содержание CaS04 равно
содержанию S0^~:
CaS04 = S0443.
3.
Содержание CaCl2 равно содержанию
Ca2+ минус содержание
[Са(НС03)2 + CaS04]:
CaCl2
= Ca2+ — [Са(НС03)2 +
CaS04].
4. Содержание
MgCl2 равно содержанию Mg+:
MgCl2 =
Mg+.
5. Содержание KCl равно
содержанию K+:
KCl = K+.
Молекулярные и
эквивалентные веса некоторых ионов и
химических соединений
Таблица 11.3
Химический символ |
Молекулярный (атомный) вес |
Эквива лентный вес |
Химический символ |
Молекулярный (атомный) вес |
Эквива лентный вес |
С033 |
60,0093 |
30,0046 |
KCl |
74,555 |
74,555 |
HC03 |
61,0173 |
61,0173 |
KBr |
119,011 |
119,011 |
23 0 S |
96,062 |
48,03 |
K0H |
56,109 |
56,109 |
S2- |
32,064 |
16,032 |
K20 |
94,203 |
|
HS— |
33,072 |
33,072 |
Rb+ |
85,47 |
85,47 |
Cl— |
35,453 |
35,453 |
Mg2+ |
24,312 |
12,156 |
Na+ |
22,9898 |
22,9898 |
MgC03 |
85,321 |
42,161 |
Na2C03 |
105,9890 |
52,9945 |
Mg(HC03)2 |
146,347 |
73,173 |
NaHC03 |
84,0071 |
84,0071 |
MgS04 |
120,374 |
60,187 |
Na2S04 |
142,041 |
71,020 |
MgCl2 |
95,218 |
47,609 |
NaCl |
58,4428 |
58,4428 |
Mg(0H)2 |
58,327 |
29,163 |
NaBr |
102,899 |
102,899 |
Mg0 |
40,311 |
20,16 |
Na0H |
39,9972 |
39,9972 |
Ca2+ |
40,08 |
20,04 |
Na20 |
61,9790 |
СаС03 |
100,09 |
50,04 |
|
K+ |
39,102 |
39,102 |
Ca(HC03)2 |
162,11 |
81,06 |
K2C03 |
138,213 |
69,107 |
CaS04 |
136,14 |
68,07 |
KHC03 |
100,119 |
100,119 |
CaCl2 |
110,99 |
55,49 |
K2S04 |
174,266 |
87,133 |
Ca(0H)2 |
74,09 |
37,05 |
6. Содержание NaCl равно
содержанию Na+:
NaCl = Na+.
7. Проверка:
общее содержание Cl— равно сумме солей
хлоридов
Cl = CaCl2 + MgCl2 + KCl +
NaCl.
Все расчеты ведутся только в
мг-экв/дм3.
Для пересчета
мг-экв/дм3 солей в мг/дм3 надо
полученные соли умножить на их
эквивалентный вес (табл. 11.3).
Раздел 11
ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ
ПРИРОДНОГО ГАЗА
11.1.
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО
МАТЕРИАЛА
Краткое
описание
Предложенный способ
получения углеродного материала относится
к переработке углеводородного сырья с
получением из него углерода, который
применяется в промышленности в качестве
раскислителя высококачественных стальных
расплавов, для электродных и пластических
масс резинотехнических и лакокрасочных
изделий (рис. 11.1).
Часть углеводородного
сырья — природный газ, состоящий из
СН4, С2Н6, СзН8,
С4Н,0, С5н12,
С6Н14, С7Н16,
С8Н18, СдН20,
С10Н22, С11Н24, N2,
С02, подают в пароэлектрогенератор 1, в
котором производится из тепла сжигаемого
сырья электроэнергия. Разрядом в
плазмотроне 2 создают плазму. В
плазмотрон
2 подают другую часть
углеводородного сырья, которая в плазме
электрического разряда разлагается на
твердую фазу углеродного материала и
газовую фазу, состоящую из водорода.
Полученную газовую фазу подают на сжигание
в пароэлектрогенератор 1, при этом ее
смешивают в эжекторной горелке 4 с
углеводородным сырьем. Из плазмотрона 2
твердую фазу полученного углеродного
материала периодически удаляют в
сепаратор-накопитель 5.
Эффективность
Предложенный
способ получения углеродного материала
позволяет улучшить экологию и увеличить
производительность
процесса.
Смешивание при сжигании
углеводородного сырья с газовой фазой,
полученной в процессе пиролиза,
приводит:
Рис.
11.1. Схема получения углеродного
материала:
1 —
пароэлектрогене-ратор; 2 —
плазмотрон; 3 —
твердая
фаза; 4 — эжекторная горелка;
5 — сепаратор-накопитель
к повышению
общей теплотворной способности сжигаемого
топлива за счет того, что газовая фаза
состоит из водорода, у которого низкая
теплотворная способность составляет 119 622
кДж/кг, что в 2,4 раза больше теплотворной
способности углеводородного сырья. Это
приводит к уменьшению количества
сжигаемого сырья и его общего количества,
т.е. приводит к повышению
производительности;
к повышению
эффективности процесса сжигания топлива.
Увеличивается начальная температура
сжигаемого топлива за счет того, что
газовая фаза имеет температуру примерно
1100— 1300 °С и приводит к уменьшению
количества сжигаемого сырья и общего
количества сырья, т.е. увеличивает
производительность;
к уменьшению общего
количества углеводородного сырья,
затрачиваемого на получение углеродного
материала, за счет уменьшения доли
сжигаемого углеводородного сырья, т.е.
повышается производительность;
к
уменьшению количества сбрасываемых
вредных продуктов сгорания в атмосферу за
счет уменьшения доли сжигаемого
углеводородного сырья, а сгорание газовой
фазы, состоящей из водорода, повышает долю
паров воды в продуктах сгорания и,
как
следствие, уменьшает в этих продуктах
концентрации диоксида углерода СО2 и других
веществ, загрязняющих атмосферу.
Разработчик
ДАО ЦКБН ОАО
“Газпром” (142100, Московская обл., г.
Подольск, Комсомольская, 28).
Литература
Патент РФ №
2075437, БИ № 8, 1997 (Авторы: Е.П. Запорожец, Г.К.
Зиберт, Е.Е. Запорожец, Б.П. Шулекин).
ЭКСПЛУАТАЦИЯ
НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ
ТРУБ
Насосно-компрессорные трубы
используют при выполнении различных работ,
связанных с освоением, эксплуатацией
скважин и их ремонтом.
Колонна
НКТ:
обеспечивает подачу на поверхность
извлекаемых из продуктивных пластов
углеводородной продукции и
воды;
обеспечивает закачку в пласт
различных жидкостей при физико-химических
обработках и гидравлическом
разрыве;
позволяет производить
гидропескоструйную перфорацию обсадной
колонны;
предохраняет эксплуатационную
колонну от разрушения или истирания ее
абразивными частицами и агрессивными
компонентами пластовых
флюидов;
предохраняет от внутреннего
давления пластовых флюидов
эксплуатационную колонну путем установки
пакерующих устройств;
предотвращает
образование песчаных пробок в скважинах,
так как большая скорость движения
пластового флюида по НКТ обеспечивает
вынос песка на
поверхность.
Насосно-компрессорные
трубы используются для выполнения
различных работ по капитальному и текущему
ремонту скважин.
Конструкции колонн НКТ
предусматриваются в комплексных проектах
на разработку месторождений с учетом
конкретных условий. Диаметр НКТ
определяется исходя из дебита скважин,
обеспечения наименьших энергетических
затрат на транспортировку флюида на
поверхность, создания условий для выноса
воды, песка; тип резьбовых соединений — из
требований обеспечения герметичности
колонн, глубины их спуска, величины
пластового давления и т.д. Конструкции
колонн НКТ в мелких скважинах
одноразмерные, т.е. состоят из труб одного
диаметра, что облегчает работы по
спуску-подъему, позволяет пользоваться
минимумом инструмента и
сократить число
переводников. В глубоких скважинах
применяются более сложные колонны,
состоящие из труб нескольких диаметров,
толщин стенок и групп прочности стали.
Насосно-компрессорные трубы выпускаются по
ГОСТ 633 — 80, предусматривающему
изготовление их исполнения А и Б (А —
повышенной точности) четырех конструкций
[32]: гладкие и муфты к ним; с высаженными
наружу концами и муфты к ним (тип В); гладкие
высокогерметичные и муфты к ним (тип НКМ);
безмуфтовые высокогерметичные с
высаженными наружу концами (тип
НКБ).
Трубы всех типов исполнения А
изготавливаются длиной 10 м с предельным
отклонением ± 5 %. Трубы всех типов
исполнения Б изготавливаются двух групп
длин: первая — от 5,5 до 8,5 м; вторая — от 8,5 до
10 м. Это позволяет иметь свечи необходимой
длины при спускоподъемных операциях
передвижными агрегатами.
Сортамент
выпускаемых по ГОСТ 633 — 80
насосно-компрессорных труб, их основные
геометрические размеры и прочностная
характеристика представлены в табл. 11.1,
11.2,
11.3, 11.4, 11.5.
Трубы гладкие и с
высаженными наружу концами (тип В) имеют
симметричную треугольную резьбу по 10 или 8
ниток на длине 25,4 мм, шаг резьбы
соответственно 2,54 и 3,175 мм. Угол профиля
резьбы 60°, углы наклона сторон профиля 30°,
конусность 1 : 16. Применять эти трубы
рекомендуется при давлении газа до 20+30
МПа.
Трубы НКМ гладкие, с навинченной
муфтой. Резьба отличается несимметричным
профилем, близким к профилю упорных резьб,
что повышает прочность соединения на 25+30 %
по сравнению с прочностью гладких труб по
ГОСТ 639-63.
Характеристики резьб труб НКТ
диаметром от 60 до 102 мм и труб диаметром 114 мм
различные. У первых шаг резьбы 4,232 мм, угол
профиля 33°, угол наклона сторон профиля 30 и
3°, конусность 1 : 12. У вторых, которые могут
использоваться и в качестве обсадных труб,
шаг резьбы 5,080 мм, угол профиля 13°, угол
наклона сторон профиля 10 и 3°, конусность 1 :
16. Герметичность соединений при давлении
газа до 50 МПа обеспечивается сопрягаемыми
коническими уплотнительными
поверхностями, расположенными на конце
ниппеля и в муфте перед упором. При
докреплении соединения регламентированным
крутящим моментом достигается контакт по
внутренним упорным торцам, что
обеспечивает беззазорную поверхность
внутреннего проходного канала.
Условный диаметр трубы, мм |
Толщина стенки, мм |
Тип трубы |
|||
Гладкая |
С высаженными наружу |
Гладкая |
Безмуфто-вая с высаженными наружу |
||
60 |
5 |
ДКЕ |
ДКЕЛМР |
ДКЕЛМР |
ДКЕЛМР |
5,5 |
ДКЕЛМР |
ДКЕЛМР |
ДКЕЛМР |
ДКЕЛМР |
|
73 |
7 |
ДКЕЛМР |
ДКЕЛМР |
ДКЕЛМР |
ДКЕЛМР |
6,5 |
ДКЕЛМР |
ДКЕЛМР |
ДКЕЛМР |
ДКЕЛМР |
|
89 |
8 |
— |
ДКЕЛМР |
ДКЕЛМР |
ДКЕЛМР |
102 |
6,5 |
ДКЕЛМР |
ДКЕЛМР |
ДКЕЛМР |
ДКЕЛМР |
114 |
7 |
ДКЕЛМР |
ДКЕЛМР |
ДКЕЛМР |
ДКЕЛМР |
Т а б л и ц а
11.2
Механические свойства трубных
сталей
Показа |
Группа прочности |
|||||
тели |
Д |
К |
Е |
Л |
М |
Р |
Временное сопротивление о,, МПа, не |
655 |
687 |
699 |
758 |
862 |
1 000 |
Предел |
379 |
491 |
552 |
654 |
758 |
980 |
не более |
562 |
— |
773 |
879 |
939 |
1160 |
Относительное удлинение, %, не |
14,3 |
12 |
13 |
12,3 |
11,3 |
9,5 |
Т а б л и ц а
11.3
Геометрические характеристики
насосно-компрессорных труб по ГОСТ
633-80
Услов ный диа метр, мм |
Толщина стенки, мм |
Площадь, см2 |
Масса 1 м колонны, |
кг |
||||
попе речного сечения |
кана ла |
по наружно-му диаметру |
Тру бы глад кие |
С высаженными концами |
НКБ |
НКМ |
||
60 |
5 |
8,68 |
19,76 |
28,54 |
7,01 |
7,12 |
7,07 |
7,07 |
73 |
5,5 |
11,66 |
30,18 |
41,83 |
9,47 |
9,64 |
9,44 |
9,48 |
73 |
7 |
14,51 |
27,33 |
41,83 |
11,70 |
11,87 |
11,73 |
11,71 |
89 |
6,5 |
16,70 |
45,34 |
62,04 |
13,68 |
13,93 |
13,63 |
13,75 |
89 |
8 |
20,21 |
41,83 |
62,04 |
— |
16,69 |
16,46 |
— |
102 |
6,5 |
19,41 |
61,62 |
81,03 |
15,80 |
16,05 |
15,74 |
15,88 |
114 |
7 |
23,58 |
78,97 |
102,56 |
19,13 |
19,49 |
19,09 |
19,42 |
Ус лов ный диа метр, мм |
Тол щина стен ки, мм |
Страгивающая нагрузка для |
Растягивающая нагрузка, при которой |
||||||||
Группа прочности |
Группа прочности |
||||||||||
Д |
К |
Е |
Л |
М |
Д |
К |
Е |
Л |
М |
||
60 |
5 |
197 |
259 |
291 |
345 |
383 |
323 |
425 |
478 |
568 |
628 |
73 |
5,5 |
278 |
366 |
411 |
487 |
541 |
434 |
571 |
642 |
763 |
844 |
73 |
7 |
370 |
487 |
547 |
646 |
719 |
540 |
711 |
799 |
950 |
1050 |
89 |
6,5 |
415 |
546 |
613 |
725 |
807 |
622 |
818 |
920 |
1093 |
1209 |
89 |
8 |
— |
— |
— |
— |
— |
753 |
990 |
1113 |
1323 |
1463 |
102 |
6,5 |
441 |
581 |
652 |
771 |
858 |
723 |
951 |
1069 |
1271 |
1405 |
114 |
7 |
545 |
718 |
806 |
952 |
1060 |
878 |
1156 |
1299 |
1544 |
1707 |
Т а б л и ц а 11.5
Внутреннее и
наружное давления, при которых напряжения в
теле труб по ГОСТ 633-80 достигают предела
текучести
Услов ный диа метр, мм |
Тол щина стен ки, мм |
Внутреннее давление, МПа |
Наружное давление, МПа |
||||||||
Группа прочности |
Группа прочности |
||||||||||
Д |
К |
Е |
Л |
М |
Д |
К |
Е |
Л |
М |
||
60 |
5 |
54,0 |
71 |
79,8 |
95,2 |
105 |
39 |
50,1 |
54,6 |
63,1 |
71,2 |
73 |
5,5 |
49,1 |
64,6 |
72,5 |
86,6 |
95,4 |
36,4 |
46,5 |
50,5 |
58 |
65,2 |
73 |
7 |
62,5 |
82,2 |
92,3 |
110,2 |
121,5 |
51,0 |
66,1 |
72,2 |
84,2 |
95,7 |
89 |
6,5 |
47,6 |
62,7 |
70,4 |
84 |
92,6 |
36,5 |
46,6 |
50,6 |
58,0 |
65 |
89 |
8 |
58,6 |
77,1 |
86,6 |
112,6 |
114 |
48,7 |
63,1 |
68,9 |
80,2 |
91 |
102 |
6,5 |
41,7 |
54,9 |
61,6 |
73,5 |
81,1 |
29,8 |
37,5 |
40,5 |
45,9 |
50,8 |
114 |
7 |
39,9 |
52,5 |
58,9 |
70,4 |
77,6 |
28,9 |
36,2 |
38,9 |
43,9 |
48,3 |
Трубы безмуфтовые
НКБ. На высаженных наружу концах нарезаны
резьбы — одна внутренняя, другая наружная.
Резьба труб диаметром от 60 до 114 мм
трапецеидальная. Конструкция конических
уплотнительных поверхностей и профиль
резьбы аналогичны применяемым в
соединениях НКМ, т.е. шаг резьбы 4,232 мм, угол
профиля 13°, углы наклона сторон профиля 10 и
3°, конусность 1 : 12. При докреплении
соединений происходит контакт по
внутренним упорным торцам, что
обеспечивает гладкую беззазорную
поверхность внутреннего проходного канала.
Соединение обладает большей прочностью,
чем тело гладкой части трубы.
Трубы НКБ
рекомендуются в газовых и газоконденсатных
скважинах с давлением до 50+60 МПа.
Для
сравнения некоторые сведения о резьбах НКТ
по ГОСТ 633-80 приведены в табл. 11.6.
В
отечественной газодобывающей
промышленности находят применение
муфтовые насосно-компрессорные трубы с
соединением VAM, в котором использована
резьба Батресс трапецеидального профиля с
углами наклона сторон 10 и 3°. Шаг резьбы — 5,08
мм. Высокая газогерметичность достигается
специальной формой торца (ниппельного
конца) трубы и внутреннего уступа в муфте,
образующих две конические уплотнительные
поверхности: гладкий скошенный под углом 30°
конический поясок и скошенный под углом 15°
упорный торец. Форма этих поверхностей
обеспечивает также высокую прочность
соединения при больших изгибающих
нагрузках. Соединения VAM требуют бережного
обращения, так как небольшое повреждение
торца трубы может привести к потере
герметичности. Для обеспечения надлежащей
герметичности соединения VAM следует
свинчивать строго регламентированными
крутящими моментами (табл. 11.7).
В
скважинах, продукция которых содержит
сероводород, применение труб с высокими
пределами текучести по ГОСТ 633 — 80 не
рекомендуется из-за опасности сульфидного
растрескивания материала труб. В этих
условиях целесообразно применять
отечественные трубы группы прочности Д (см.
табл. 11.2) и зарубежные трубы (табл. 11.8). В
таблице 11.9 дана характеристика
насосно-компрессорных труб по стандартам
АНИ.
Т а б л и ц а 11.6
Основные
сведения о резьбах НКТ
Показатели |
Для труб гладких и типа В |
Для труб НКМ диаметром 60—112 мм и труб НКБ |
Для труб |
|
Число ниток на длину 25,4 мм |
||||
10 |
8 |
|||
Шаг резьбы, мм Угол профиля, градус Угол наклона сторон профиля (градус): 1 2 Конусность Профиль резьбы |
2,54 60 30 30 1 : 16 |
3,175 60 3 30 1 |
4,232 33 3 30 1 : 12 Трапециевидный |
5,08 13 3 10 1 : 16 Несиммет ричный |
Рекомендуемый крутящий
момент свинчивания соединений VAM
Наружный |
Толщина |
Крутящий |
||
J-55, К-55 |
С-75, L-80, D-80, С-95 |
Р-105 |
||
60,3 |
4,83 |
1900 |
2710 |
2980 |
(23/8«) |
5,54 |
2170 |
2710 |
2980 |
6,45 |
2440 |
2980 |
31 20 |
|
73 |
5,51 |
3250 |
3660 |
3660 |
(27/8«) |
7,01 |
3930 |
4200 |
4200 |
7,82 |
4200 |
4470 |
4470 |
|
88,9 |
6,45 |
3930 |
4880 |
6370 |
(31/2«) |
7,34 |
5830 |
6640 |
6640 |
9,52 |
6920 |
7860 |
7860 |
|
1 0,50 |
7320 |
8270 |
8270 |
|
11,43 |
7320 |
8270 |
8270 |
|
101,6 |
3,74 |
3390 |
— |
— |
(4”) |
6,65 |
4470 |
5420 |
5420 |
8,38 |
5830 |
6920 |
6920 |
|
9,65 |
7860 |
8810 |
881 0 |
|
1 0,92 |
9760 |
1 0850 |
1 |
|
114,3 |
5,69 |
5830 |
5830 |
6370 |
(472«) |
6,35 |
6370 |
6370 |
6920 |
6,88 |
6370 |
6370 |
7320 |
|
7,37 |
6370 |
7320 |
7320 |
|
8,56 |
7320 |
7860 |
7860 |
|
9,65 |
— |
8810 |
881 0 |
|
1 0,92 |
— |
1 0850 |
1 0850 |
Т а б л и ц а
11.8
Механические свойства сталей
импортных труб
Показатели |
Группа прочности |
|||||
Н-40 |
J-55 |
N-80 |
C-75 |
L-80 |
P-105 |
|
Наименьший предел |
415 |
520 |
690 |
655 |
655 |
830 |
прочности при |
||||||
жении ов, |
||||||
Предел текучести |
||||||
МПа: |
||||||
наименьший |
275 |
380 |
550 |
515 |
556 |
725 |
наибольший |
550 |
550 |
760 |
620 |
655 |
930 |
При
наличии в пластовой продукции
коррозионно-активных компонентов
рекомендуется применять трубы с покрытиями
или использовать для их защиты ингибиторы
коррозии, тип которых и методы применения
обосновываются для конкретных
месторождений.
Наруж ный диаметр трубы, мм |
Толщина стенки, мм |
Внут ренний диаметр трубы, |
Масса 1 м гладкой |
Наименьшее |
Внутреннее давление, при котором |
Растягивающее усилие, при котором |
||||||
(дюйм) |
мм |
С-75 |
L-80 N-80 |
P-105 |
С-75 |
L-80 N-80 |
P-105 |
С-75 |
L-80 N-80 |
P-105 |
||
60,3 |
4,24 |
51,8 |
5,87 |
65,6 |
68,8 |
— |
63,6 |
67,8 |
— |
386 |
412 |
— |
(23/8„) |
4,83 |
50,6 |
6,60 |
76,1 |
81,2 |
106,6 |
72,4 |
77,2 |
101,4 |
435 |
464 |
609 |
6,45 |
47,4 |
8,56 |
98,8 |
105,4 |
138,3 |
96,8 |
103,2 |
135,5 |
— |
— |
— |
|
73 |
5,51 |
62,0 |
9,18 |
72,2 |
76,9 |
96,6 |
68,3 |
72,9 |
95,6 |
605 |
645 |
846 |
(2%») |
7,82 |
57,4 |
12,57 |
98,9 |
105,5 |
138,5 |
96,9 |
103,4 |
135,8 |
829 |
884 |
1160 |
88,9 |
5,49 |
77,9 |
11,29 |
52,0 |
54,3 |
— |
55,8 |
59,6 |
— |
743 |
793 |
— |
(372-) |
6,45 |
76,0 |
13,12 |
69,2 |
72,6 |
90,0 |
65,7 |
70,1 |
92,0 |
864 |
922 |
1210 |
7,34 |
74,2 |
14,76 |
78,3 |
83,6 |
— |
74,7 |
79,7 |
— |
973 |
1037 |
— |
|
9,52 |
69,9 |
18,65 |
98,9 |
105,6 |
138,5 |
96,9 |
103,4 |
135,8 |
1228 |
1310 |
1720 |
|
101,6 |
5,74 |
90,1 |
13,57 |
43,8 |
45,4 |
— |
51,2 |
54,5 |
— |
895 |
954 |
— |
(4″) |
6,65 |
88,3 |
15,58 |
58,0 |
60,7 |
— |
59,3 |
63,2 |
— |
1026 |
1095 |
— |
114,3 (472″) |
6,88 |
100,5 |
18,23 |
49,6 |
51,7 |
54,5 |
58,1 |
1201 |
1281 |
Для обеспечения
герметичности резьбовых соединений,
предотвращения задиров и заеданий резьб
необходимо применять следующие
специальные смазки:
А. Р-402 (ТУ 38-101-708 — 78)
предназначена для труб, работающих в
скважинах с температурой до 200 °С. Смазка
свободно наносится на поверхность
резьбовых соединений при температуре до —30
°С. Ее состав (%): жировая основа — 36,
графитовый порошок — 20, свинцовый порошок
— 28, цинковая пыль — 12, медная пудра —
4.
Б. Р-2 (ТУ 38-101-332 — 76) предназначена для
труб, работающих в скважинах с температурой
до 100 °С. Свободно наносится при температуре
окружающего воздуха до —5 °С. Состав смазки
(%): жировая основа — 37, графитовый порошок —
18, свинцовый порошок — 29, цинковая пыль — 12,
медная пудра — 4. При температуре ниже —5 °С
смазку и резьбовые детали следует
подогревать.
В менее ответственных
резьбовых соединениях при низких давлениях
и невысокой температуре флюида можно
применять также смазки с упрощенной
технологией изготовления следующего
состава (%):
а) графитовый
порошок — 50, технический жир — 5,
каустическая сода — 1,5, машинное масло —
43,5;
б) солидол — 24, известковое
молоко — 8, машинное масло — 36, канифоль —
2.
Для муфтовых труб типа НКБ, где
герметичность обеспечивается гладкими
уплотнительными поверхностями,
рекомендуется применение смазки Р-113 или
Р-416 (ТУ 38-101708 — 78), предназначенной для
замковых соединений и обладающей лучшими
антизадирными свойствами. Эти смазки могут
также использоваться при свинчивании
высокогерметичных соединений типа
НКМ.
Смазку следует наносить с помощью
шпателя (лопатки) на участке шириной 20+25 мм
на поверхность ниппеля и
муфты.
Ориентировочный расход смазки на
одно соединение следующий:
Для труб с
высадкой момент свинчивания 1150 Н-м —
минимальный, 1900 Н-м —
максимальный.
Весьма перспективным
является применение для смазки резьб
насосно-компрессорных труб нового,
разработанного в предприятии
Кубаньгазпром и в Краснодарском
политехническом институте, универсального
отверждающегося антикоррозийного
герметика — смазки ИНКОР-2.
ИНКОР-2 —
компонентный состав на основе
полиуретановых компаундов с наполнителями,
обладающих высокими адгезионными
свойствами по отношению к металлическим
или неметаллическим материалам. В
отвержденном состоянии ИНКОР-2 —
пластичный резиноподобный материал с
высокими антикоррозионными свойствами,
устойчивостью к агрессивным средам —
кислотам, щелочам, сероводороду, соленым
водам, нередко содержащимся в пластовых
флюидах и добываемой углеводородной
продукции. Материал химически нейтрален и
нетоксичен. Компоненты ИНКОР-2 (основной
состав и отвердитель) смешиваются
непосредственно перед его использованием.
Рабочий состав представляет собой
однородную пасту, легко наносимую на
поверхность ручным или механическим
способом. Работоспособен при температурах
от —50 °С до 160 °С. Удерживаемый перепад
давления при уплотнении резьб бурильных,
обсадных, насосно-компрессорных труб от 35
до 75 МПа.
Представляют также
значительный интерес прочное,
водонепроницаемое, антикоррозионное,
устойчивое ко всем агрессивным средам
покрытие — однокомпонентный состав ИНКОР-1,
отверждающийся под действием влаги
(например, атмосферной). Покрытие может
наноситься на поверхность металлических,
бетонных емкостей, бассейнов. Глубина
пропитки в бетон — 18 мм, долговечность — не
менее 5 лет. Расход материала для покрытия 1
м2 бетонной поверхности — до 500 г,
металлической — до 300 г.
Аварии с
насосно-компрессорными трубами могут
происходить из-за наличия заводских
дефектов в трубах и неправильной их
эксплуатации. Тщательная подготовка труб к
спуску в скважину, соблюдение правил
эксплуатации и своевременное проведение
профилактических мероприятий значительно
увеличат срок их службы и обеспечат
безаварийную работу.
НКТ, как новые, так
и бывшие в эксплуатации, при подготовке к
спуску в скважину подвергают тщательной
проверке. Этот процесс включает в себя
следующие операции: визуальный контроль,
инструментальный контроль линейных
размеров труб, контроль качества резьбы
труб и муфт, дефектоскопию и толщинометрию,
шаблонирование, гидравлические испытания
труб, покрытие поверхности труб, маркировку
и комплектование. Подготовка новых труб к
эксплуатации должна производиться на
трубных базах.
Доставленный на скважину
комплект труб следует проверить на
соответствие его паспорту и плану
проведения работ.
При компоновке колонн
из труб различных диаметров и с различными
резьбами соединять их нужно только с
использованием переводников заводского
изготовления по ГОСТ 23979-80.
При спуске
ступенчатой колонны из труб разных групп
прочности данные о них следует записывать
раздельно.
Спускоподъемные операции
составляют один из основных видов работ с
насосно-компрессорными трубами. Поэтому
необходимо тщательно выполнять все
технические требования, направленные на
предупреждение аварий с ними.
В
газоконденсатные и в газовые с высоким
давлением скважины трубы должны спускаться
с использованием клиновых захватов,
позволяющих свинчивать муфтовое
соединение с обоих концов, что обеспечит
большую герметичность резьбовых
соединений, исключит возможность
возникновения нецентричного растяжения
колонны при установке ее на
элеватор.
Для предупреждения
механического повреждения тела трубы
плашками клинового захвата необходимо,
чтобы они б ы -ли хорошо подогнаны,
коэффициент охвата ими трубы был не менее
0,7. Вес подвешенных на клиньях труб не
должен превышать предельных нагрузок (табл.
11.10).
С целью равномерного износа
резьбовых соединений и тела
насосно-компрессорных труб рекомендуется
при каждом спуске-подъеме менять местами
трубы одной группы прочности из верхней и
нижней частей колонны. Поднимать колонну
следует плавно, без рывков и переходов с
одной скорости на другую. Отвинченную трубу
можно поднимать лишь после полного выхода
ее из соединения.
Не допускается
нанесение ударов молотком по муфте для
облегчения развинчивания. Можно допускать
лишь обстукивание муфты молотком
посредине. Чтобы муфта не задевала фланец
колонны, следует пользоваться специальной
направляющей воронкой. После того как трубы
подняты над устьем скважины, необходимо
удалить с резьбы предохранительные детали,
тщательно очистить и смазать резьбы муфт и
трубы
Предельная нагрузка при спуске
труб в клиновом захвате, кН
Длина клина, мм |
Г руппа прочности стали |
Размеры труб, |
мм |
|||
60×5 |
73×5,5 |
89×6,5 |
102×6,5 |
114×7 |
||
50 |
Д |
195 |
242 |
315 |
335 |
382 |
К |
256 |
318 |
415 |
444 |
503 |
|
Е |
282 |
350 |
456 |
489 |
553 |
|
Л |
333 |
41 4 |
539 |
578 |
654 |
|
1 00 |
Д |
244 |
31 4 |
422 |
464 |
536 |
К |
327 |
413 |
555 |
611 |
705 |
|
Е |
354 |
454 |
611 |
672 |
775 |
|
Л |
418 |
537 |
722 |
794 |
91 6 |
|
1 50 |
Д |
267 |
348 |
476 |
530 |
61 8 |
К |
352 |
458 |
627 |
697 |
813 |
|
Е |
372 |
504 |
689 |
767 |
895 |
|
Л |
457 |
596 |
81 4 |
907 |
1 057 |
|
200 |
Д |
281 |
367 |
507 |
570 |
672 |
К |
371 |
483 |
667 |
750 |
884 |
|
Е |
407 |
532 |
733 |
825 |
973 |
|
Л |
481 |
629 |
867 |
975 |
1150 |
соответствующей конкретным
условиям смазкой. При спуске следует
тщательно осматривать тело и резьбовые
части каждой трубы, чтобы избежать
включения в колонну некачественных
труб.
Посадку трубы в муфту необходимо
производить осторожно, чтобы не повредить
резьбу. Особенно осторожно нужно спускать
двух- или трехтрубки, в этом случае
рекомендуется установить на вышке
промежуточные опоры.
Трубы нужно
свинчивать с приложением крутящих
моментов, которые для отечественных и
импортных труб приведены в табл. 11.8. Если
ниппель свинчивается в муфту до последнего
витка с моментом, меньшим минимального, или
если после свинчивания с максимальным
моментом остается более двух свободных, не
вошедших в муфту витков, то следует
забраковать обе трубы — спущенную в
скважину и следующую за ней.
После
сильного натяжения колонны при срыве
пакера или освобождении ее от прихвата все
резьбовые соединения, свинченные в
заводских условиях, необходимо
докрепить.
Нефтеналивные терминалы
»
Библиотека »
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Некоммерческий фонд имени профессора А. В. Аксарина Президент фонда: доцент, кандидат геолого-минералогических наук, «Заслуженный нефтяник Российской Федерации» Волощук Г. М.
________________________________________________________________________
1.1.Общие понятия о ремонте скважин
Все работы по вводу скважин в эксплуатацию связаны со спуском в них оборудования: НКТ, глубинных насосов, насосных штанг и т.п.
В процессе эксплуатации скважин фонтанным, компрессорным или насосным способом нарушается их работа, что выражается в постепенном или резком снижении дебита, иногда даже в полном прекращении подачи жидкости. Работы по восстановлению заданного технологического режима эксплуатации скважины связаны с подъемом подземного оборудования для его замены или ремонта, очисткой скважины от песчаной пробки желонкой или промывкой, с ликвидацией обрыва или отвинчивания насосных штанг и другими операциями.
Изменение технологического режима работ скважин вызывает необходимость изменения длины колонны подъемных труб, замены НКТ, спущенных в скважину, трубами другого диаметра, УЭЦН, УШСН, ликвидация обрыва штанг, замена скважинного устьевого оборудования и т.п. Все эти работы относятся к подземному (текущему) ремонту скважин и выполняются специальными бригадами по подземному ремонту.
Более сложные работы, связанные с ликвидацией аварии с обсадной колонной (слом, смятие), с изоляцией появившейся в скважине воды, переходом на другой продуктивный горизонт, ловлей оборвавшихся труб, кабеля, тартального каната или какого-либо инструмента, относятся к категории капитального ремонта.
Работы по капитальному ремонту скважин выполняют специальные бригады. Задачей промысловых работников, в том числе и работников подземного ремонта скважин, является сокращение сроков подземного ремонта, максимальное увеличение межремонтного периода работы скважин.
Под межремонтным периодом работы скважин понимается продолжительность фактической эксплуатации скважин от ремонта до ремонта, т.е. время между двумя последовательно проводимыми ремонтами.
Коэффициент эксплуатации скважин — отношение времени фактической работы скважин к их общему календарному времени за месяц, квартал, год.
Коэффициент эксплуатации всегда меньше 1 и в среднем по нефте- и газодобывающим предприятиям составляет 0,94 0,98, т.е. от 2 до 6% общего времени приходится на ремонтные работы в скважинах.
Текущий ремонт делает предприятие по добыче нефти и газа. Организация вахтовая — 3 чел.: оператор с помощником у устья и тракторист-шофер на лебедке.
Капитальный ремонт выполняют конторы капитального ремонта, входящие
вНГДУ.
1.2.Установки и агрегаты для подземного и капитального ремонта и
освоения скважин
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
При подземном ремонте глубоких скважин применяют эксплуатационные вышки и мачты, стационарные или передвижные, предназначенные для подвески талевой системы, поддержания на весу колонны труб или штанг при ремонтных работах, проводимых на скважине.
Стационарные вышки и мачты используются крайне нерационально, т.к. ремонтные работы на каждой скважине проводятся всего лишь несколько дней в году, всё остальное время эти сооружения находятся в бездействии. Поэтому целесообразно использовать при подземном ремонте подъемники, несущие собственные мачты. Транспортной базой их служат тракторы и автомобили.
1.3.Подъемники и подъемные агрегаты
Подъемник — механическая лебедка, монтируемая на тракторе, автомашине или отдельной раме. В первом случае привод лебедки осуществляется от тягового двигателя трактора, автомашин, в остальных от самостоятельного двигателя внутреннего сгорания или электродвигателя.
Агрегат — в отличие от подъемника оснащен вышкой и механизмом для ее подъема и опускания.
Широко применяются тракторные подъемники «АзИНмаш-43П», АПТ-8, агрегаты «АзИНмаш-43А, «Бакинец-ЗМ», А50У, УПТ, «АзИНмаш-37» и др.
Тракторный подъемник АзИНмаш-43П — предназначен для проведения подземного ремонта скважин, оборудованных подъемными сооружениями. Подъемник представляет собой самоходную механизированную лебедку, смонтированную на гусеничном болотоходном тракторе Т-100МЗБГС или обычный Т-100МЗ.
Управление основными исполнительными механизмами подъемника — электропневматическое; управление тормозом лебедки — ручное механическое, сдублированное ножным пневматическим; управление остальными механизмами — механическое.
Для обеспечения воздухом пневмосистемы подъемника под капотом двигателя установлен автомобильный компрессор, имеющий привод от шкива вентилятора двигателя.
Масса агрегата 18,2 т, глубина обслуживаемых скважин от 1500 м до 6400 м (при НКТ от 114 до 48 мм).
Подъемная лебедка ЛПТ-8 Монтажной базой этого подъемника является гусеничный трактор Т130МЗ,
обеспечивающий ремонт скважин глубиной до 2500 м.
Основными узлами подъемной лебедки являются: трансмиссия, электропневматическая лебедка, пневматическая система управления, приводы ротора, упорные домкраты и безопасная катушка.
Лебедка — однобарабанная. Все узлы и механизмы лебедочного блока — барабанный вал в сборе, трансмиссионный вал, тормозная система, храповое устройство, ограничитель подъема талевого блока, кожухи и ограждения собраны в цельносварной станине коробчатого типа. Включение барабана осуществляется посредством фрикционной муфты, собранной внутри тормозной шайбы, прикрепленной к ребордам барабана.
2
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Рис. 1. Подъемная лебедка ЛПТ-8:
1 – рама; 2 – топливный бак; 3 – воздушные баллоны; 4 – компрессор; 5 – пульт управления; 6 — лебедка; 7 – карданный вал; 8 – консольная рама; 9 – коробка передач; 10 – безопасная катушка; 11 – механизм привода ротора; 12 – съемная приставная лестница; 13 – откидной винтовой упор
На правом конце барабанного вала по-ходу установлена безопасная шпилевая катушка, на левом — цепное колесо привода ротора.
Для длительного удержания колонны труб или штанг на весу в лебедке, предусмотрено храповое устройство.
Пневмосистема подъемника предназначена для управления фрикционной муфтой привода тормозной системы лебедочного блока при ножном управлении или срабатывании ограничителя подъема талевого блока.
Пневмосистемы питаются от двухцилиндрового одноступенчатого компрессора, привод которого осуществляется от двигателя трактора посредством карданного вала и ременной передачи.
Универсальный винтовой ограничитель подъема талевого блока приводится от барабана цепной передачей. Привод навесного оборудования подъемника осуществляется от тягового двигателя трактора через коробку отбора мощности КОМ-ЧТЗ, карданный вал и коробку передач КП-100.
3
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 |
||||||||||||||||||
Таблица 1 |
||||||||||||||||||
Техническая характеристика лебедки ЛПТ-8 |
||||||||||||||||||
Вклю |
Частота |
Скорост |
Тяговое |
Оснастка талевой системы |
||||||||||||||
— |
вращени |
ь |
усилие |
2 3 (четырехструнная) |
3 4 (шестиструнная |
|||||||||||||
ченна |
я |
набегани |
на |
Скорость |
Грузоподъ |
Скорость |
Грузопод |
|||||||||||
я |
барабана |
я |
ходовом |
подъема |
емность на |
подъема |
емность |
|||||||||||
пере- |
n, мин-1 |
талевого |
конце |
крюка, м/с |
крюке, т |
крюка, м/с |
крюке, |
|||||||||||
дача |
каната |
каната, |
||||||||||||||||
на |
кН |
|||||||||||||||||
барабан, |
||||||||||||||||||
Прямая |
м/с |
|||||||||||||||||
1 |
44,6 |
1,13 |
84,0 |
0,28 |
32,3 |
0,19 |
47,5 |
|||||||||||
2 |
75,8 |
1,92 |
49,4 |
0,48 |
18,8 |
0,32 |
27,6 |
|||||||||||
3 |
124,2 |
3,15 |
30,1 |
0,81 |
11,5 |
0,54 |
16,8 |
|||||||||||
4 |
211,0 |
5,35 |
17,7 |
1,34 |
6,7 |
0,89 |
9,9 |
|||||||||||
Обратная |
||||||||||||||||||
1 |
75,8 |
1,92 |
— |
0,43 |
— |
0,29 |
— |
|||||||||||
2 |
211,0 |
5,35 |
— |
1,20 |
— |
1,80 |
— |
|||||||||||
Техническая характеристика |
||||||||||||||||||
Тяговое усилие на втором ряде намотки |
||||||||||||||||||
каната диаметром 22,5 мм на барабане, кН |
84 |
|||||||||||||||||
Лебедка |
однобарабанная |
|||||||||||||||||
Емкость барабана при намотке, м: |
||||||||||||||||||
каната диаметром 13 мм |
2300 |
|||||||||||||||||
каната диаметром 15 мм |
2000 |
|||||||||||||||||
Управление тормозом |
ручное, механическое и |
|||||||||||||||||
пневматическое |
ножное |
|||||||||||||||||
Электрооборудование: |
||||||||||||||||||
напряжение, В |
12 |
|||||||||||||||||
питание основное |
от генератора трактора |
|||||||||||||||||
батарею |
через аккумуляторную |
|||||||||||||||||
дублирующее |
от промысловлой |
|||||||||||||||||
сети через |
выпрямительное |
|||||||||||||||||
устройство |
||||||||||||||||||
Габариты, мм: |
6430 2550 3087 |
|||||||||||||||||
Масса полного комплекта, кг |
18600 |
|||||||||||||||||
Удельное давление на грунт, МПа |
0,076 |
К подъемным установкам типа УПТ относятся: УПТ-32, УПТ1-50, УПТ150Б, предназначенные для спуско-подъемных операций в процессе текущего и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин.
Таблица 2 Техническая характеристика подъемных установок типа УПТ
4
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 |
||||
Показатели |
УПТ-32 |
УПТ1-50 |
УПТ1-50Б |
|
Монтажная база трактора, тип |
Т-130МГ |
Т-130МГ |
Т-130МБГ |
|
Глубина обслуживания, м |
2400 |
3500 |
3500 |
|
Максимальная длина поднимаемой |
12,5 |
12,5 |
12,5 |
|
трубы, м |
||||
Мощность привода, кВт |
— |
88 |
88 |
Установки самоходные, смонтированные на гусеничных тракторах. Состоят из следующих основных узлов: однобарабанной лебедки, установленной на специальном основании под оборудование, вышки с талевой системой, задней и передней опор вышки, кабины водителя.
Установки укомплектованы механизмами для свинчивания-развинчивания труб; оснащены устройством противозатаскивания крюкоблока и взрывобезопасной системой освещения рабочей площадки на устье скважины и пути движения крюкоблока.
В отличие от УПТ-32, установки УПТ 1-50-и УПТ-50В снабжены узлом привода ротора, а также укомплектованы гидрораскрепителем.
Привод лебёдки и других механизмов УПТ-32 — от двигателя трактора; подъем вышки и механизма для свинчивания-развинчивания труб — гидравлический; включение фрикционных муфт — пневматическое.
Привод исполнительных узлов и механизмов УПТ1-50 (рис. 2) и УПТ1-50Б — от двигателя трактора; лебедки и ротора — через трансмиссию; подъем вышки, привод гидрораскрепителя и механизм для свинчивания-развинчивания труб гидравлические; включение фрикционных муфт — пневматическое.
Рис. 2. Подъемная установка УПТ1-50:
1 – коробка передач; 2 – однобарабанная лебедка; 3 – компрессор воздуха; 4 – передняя опора вышки; 5 – фара; 6 – вышка с талевой системой; 7 – управление; 8 – кабина машиниста; 9 — гидродомкрат; 10 – задняя опора вышки
Подъемные установки типа АзИНмаш-37 (рис. 3) предназначены для спуско-подъемных операций с укладкой труб и штанг на мостки при текущем и капитальном ремонте нефтяных и газовых скважин, не оборудованных вышечными сооружениями.
5
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Подъемные установки этого типа подразделяются — на АзИНмаш-37А, АзИНмаш-37А1, АзИНмаш-37Б, смонтированные на базе автомобилей повышенной проходимости КрАЗ-255Б и КрАЗ-260.
Подъемные установки АзИНмаш-37А и АзИНмаш1-37А1 комплектуются автоматами АПР для свинчивания и развинчивания насосно-компрессорных труб и автоматическим ключом типа КШЭ с электроприводом для свинчивания насосных штанг.
Рис. 3. Подъемная установка АзИНмаш-37:
1 – талевая система; 2 – вышка; 3 – силовая передача; 4 – передняя опора; 5 – кабина оператора; 6 – лебедка; 7 – гидроцилиндр подъема вышки; 8 – задняя опора
Подъемные установки оснащены ограничителем подъема крюкоблока, системой звуковой и световой сигнализации установки вышки, контрольноизмерительными приборами работы двигателя и пневмосистемы, а также другими системами блокировки, обеспечивающими безопасность ведения работ при монтаже установки вблизи скважины и спуско-подъемных операциях.
Управление всеми механизмами установки при спуско-подъемных операциях осуществляется из трехместной отапливаемой кабины оператора, расположенной между лебедкой и кабиной автомобиля. Управление установкой вышки в рабочее и транспортное положения осуществляется дистанционно — с ручного выносного пульта.
Таблица 3 Техническая характеристика установок типа АзИНмаш-37
Показатели |
АзИНмаш-37А |
АзИНмаш-37А1 |
АзИНмаш-37 |
Монтажная база |
КрАЗ-255Б |
КрАЗ-260 |
КрАЗ-260 |
Грузоподъемность, т |
32 |
32 |
32 |
Вышка: |
|||
Высота от земли до оси кронблока, |
18 |
18 |
18 |
м |
|||
Допустимая длина поднимаемой |
12,5 |
12,5 |
12,5 |
трубы, м |
|||
Габариты установки (в |
10050 2750 430 |
10320 2750 430 |
10470 2750 43 |
6
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 |
|||||
транспортном положении), мм |
0 |
0 |
0 |
||
Масса установки, кг |
19600 |
21135 |
20630 |
Подъемная установка АзИНмаш-37Б в отличие от АзИНмаш-37А и АзИНмаш-37А1 оснащена спайдером СГ-32 и манипулятором МТ-З с гидравлическим дистанционным управлением для свинчивания и развинчивания НКТ.
Установки АзИНмаш-37А1 и АзИНмаш-37Б смонтированы на шасси автомобиля КрАЗ-260 с относительно повышенной грузоподъемностью и мощностью двигателя и обладают высокими скоростями подъема крюка.
Лебедка с приводом от двигателя автомобиля оснащена однодисковой фрикционной муфтой.
Агрегаты подъёмные АПРС-32 (рис.4) (АПРС-32-01, .АПРС-32-02) предназначены:
Рис. 4. Агрегат подъемный АПРС-32
—для производства спуско-подъемных операций при ремонте скважин, не оборудованных вышечными сооружениями;
—для свинчивания и развинчивания насосно-компрессорных труб и глубинно-насосных штанг;
—для производства тартальных работ;
—для чистки песчаных пробок желонкой;
—для возбуждения скважин поршневанием (свабированием).
Техническая характеристика |
АПРС-32 |
АПРС-32-01 |
АПРС- |
|
32-02 |
||||
Монтажная база |
шасси КрАЗ-255 |
шасси КрАЗ-260 |
УраЛ- |
|
4320 |
||||
Грузоподъемность на крюке, т |
32 |
|||
Высота подъема крюка, м |
14 |
Работоспособность агрегата обеспечивается в районах с умеренным и холодным климатом при температуре окружающего воздуха от минус 45°С до плюс 40°С.
7
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Агрегат подъемный для ремонта скважин АПРС-40 (рис. 5) предназначен для производства спуско-подъемных операций при ремонте скважин, необорудованных вышечными сооружениями, для производства тартальных работ, для чистки песчаных пробок желонкой и для возбуждения скважин поршневанием (свабированием). Кроме того, с его помощью промывочным агрегатом и ротором с индивидуальным приводом можно проводить промывку скважин и разбурибание песчаных пробок.
Рис. 5. Агрегат подъемный для ремонта скважин АПРС-40 |
||||
Агрегат |
является |
самоходной |
нефтепромысловой |
машиной, |
смонтированной на шасси трехосного автомобиля высокой проходимости УРАЛ-4320 или КрАЗ-260, и состоит из однобарабанной лебедки и двухсекционной телескопической вышки с талевой системой.
Вышка агрегата имеет повышенную прочность, изготовляется из низколегированной морозостойкой стали.
Кабина машиниста имеет улучшенную теплоизоляцию.
Основные технические данные |
|
Монтажная база |
шасси автомобиля Урал-4320 или |
КрАЗ-260 |
|
Максимальная грузоподъемность |
|
на крюке, т |
40 |
Высота подъема крюка, м |
14 |
Лебедка |
однобарабанная с приводом от |
коробки |
передач шасси
Вышка телескопическая двухсекционная с открытой передней гранью
Агрегат для освоения и ремонта скважин А-50М (рис. 6) предназначен для:
—разбуривания цементной пробки в трубах диаметром 5-6 дюймов и связанных с этим процессом операций (спуска и подъема бурильных труб, промывки скважин и т.д.);
—спуска и подъема насосно-компрессорных труб;
—установки эксплуатационного оборудования на устье скважин;
8
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
— проведения ремонтных работ и работ по ликвидации аварии; — проведения буровых работ.
Рис. 6. Агрегат А-50М:
1 – передняя опора; 2 – средняя опора; 3 – электролебедка; 4 – компрессорная установка; 5 — гидросистема; 6 – лебедка; 7 – домкрат; 8 – индикатор веса; 9 – талевый канат; 10 – талевый блок; 11 – подвеска ключей; 12 – подвеска бурового рукава; 13 – вертлюг; 14 – мачта; 15 — домкратная штанга; 16 – пневмоуправление; 17 – гидроротор; 18 – домкрат; 19 – зубчатая муфта; 20 – редуктор; 21 – карданный вал; 22 – рама; 23 – коробка отбора мощности; 24 – силовые оттяжки; 25 – манифольд; 26 – промывочный насос; 27, 28 – карданные валы; 29 – силовая передача; 30 – цепная передача; 31 – гидрораскрепитель; 32 – кожух; 33 – промежуточный вал; 34 — электрооборудование; 35 – площадка оператора; 36 – узел управления и освещения шасси
Техническая характеристика агрегата А-50М |
|
Допустимая нагрузка, кН |
600 |
Мощность привода, кВт |
132,4 |
Максимальное тяговое усилие на |
|
набегающем конце каната, кН |
112 |
Компрессор |
|
Тип |
М115-2В5 |
Производительность, м3/мин |
0,6 |
Давление нагнетания, МПа |
до 10 |
Промывочный насос |
|
Тип |
НБ-125 (9МГр-73) |
Максимальное давление |
9
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 |
16 |
(при подаче 6,1 л/с), МПа |
|
Максимальная подача |
|
(при давлении 6 МПа), л/с |
9,95 |
Монтажная база — прицеп |
710Б или СМ-38326 |
Масса насоса с прицепом, кг |
41444 |
Габариты установки в транспортном |
|
положении, мм |
14000 2900 4300 |
Масса установки без насосного прицепа, кг |
24000 |
Рис. 7. Высокомеханизированный комплекс КВМ-60 для ремонта скважин Изготовитель: ВНИИнефтемаш, г. Москва
Высокомеханизированный комплекс КВМ-60 (рис. 7) предназначен для капитального ремонта и освоения скважин глубиной до 3000 м, расположенных в
кусте или отдельно. Комплекс позволяет также вести буровые работы на глубину |
|
до 2000 м. |
|
Техническая характеристика |
|
Нагрузка на крюке, кН |
|
номинальная (при спуско-подъемных |
|
операциях без внешних оттяжек) |
600 |
максимальная (при кратковременных |
|
нагружениях) |
800 |
Привод механизмов |
|
Двигатель ЯМЗ-238 |
|
Мощность привода, кВт |
200 |
Высота мачты, м |
20 |
Емкость трубохранилища |
|
(для НКТ-диаметром 73 мм), м |
3500 |
Масса комплекса в целом, кг |
52000 |
Мобильная установка УПД-5М используется для:
—разрушения гидратных и парафиновых пробок;
—закачки в скважину технологических жидкостей;
—цементирования скважин в призабойной зоне;
10
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
— геофизических исследований.
Работы проводятся при герметизированном устье скважины (поставляется специальный превентор), что обеспечивает экологическую защиту окружающей среды.
УПД-5М представляет собой самоходную нефтепромысловую машину совместно с монтажной базой, включающей в себя барабан с укладчиком для намотки длинномерных труб, механизм подачи трубы в скважину, закрепленную на шасси автомобиля КаАЗ-65101/100, или каком-либо другом типе шасси, по желанию заказчика.
Привод всех механизмов установки осуществляется гидромоторами, для проведения вспомогательных работ имеется гидроманипулятор грузоподъемностью 300 кг.
Механизм подачи с помощью специального устройства механизма подъема и перемещения приподнимается над монтажной базой из транспортного положения и выдвигается над устьем скважины в рабочее положение.
Характеристики установки УПД-5М |
|
Установка УДЦ-5М ориентирована на шасси автомобиля |
КРАЗ-250 |
Тяговое усилие |
5000 кгс |
Скорость спуска и подъема непрерывной трубы |
0 0,2 м/с |
Давление в трубе |
25 МПа |
При наружном диаметре трубы 33-мм глубина спуска |
до 1800 м |
При наружном диаметре трубы 25 мм глубина спуска |
до 2300 м |
Одной установкой можно восстановить 100 и более скважина год.
Конструкция установки позволяет переходить с одного диаметра трубы на другой без проведения дополнительных работ.
Изготовитель: Московский завод «Металлист».
Агрегат для ремонта скважин А2-32 смонтирован на базе шасси УРАЛ-4320-1912- 30, а агрегат А4-32 на базе шасси КрАЗ-260Г.
Предназначены для производства спуско-подъемных операций при ремонте и эксплуатации скважин, не оборудованных вышечными сооружениями, для производства тартальных работ, для чистки песчаных пробок желонкой и для возбуждения скважин поршневанием.
Агрегат состоит из однобарабанной лебедки и двухсекционной телескопической вышки с талевой системой. За отдельную плату агрегат комплектуется механизмами для свинчивания и развинчивания насосно-компрессорных труб и насосных штанг.
Кабина управления снабжена независимым отопителем 0В-65. Подъем и опускание опор задней стойки производится гидроцилиндрами с выносного
пульта управления. |
|
Техническая характеристика |
|
Грузоподъемность, т |
32 |
Высота подъема крюка, м |
12,2 |
Скорость подъема крюка, м/с |
0,2 1,6 |
Агрегат ремонтно-технологический АРТ-800 предназначен для ликвидации отложений и пробок в нефтяных и газоконденсатных скважинах при герметизированном устье с использованием непрерывной стальной трубы диаметром 26,8 и 33,5 мм при избыточном давлении на устье до 21 МПа. Кроме того, отечественной промышленностью освоено производство агрегатов для капитального ремонта нефтяных и газовых скважин А60/80 максимальной грузоподъемностью 80 т на спецшасси Брянского автозавода; агрегатов для
11
Аннотация: Все работы по вводу скважин в эксплуатацию связаны со спуском в
них оборудования: НКТ, глубинных насосов, насосных штанг и т. п.
В процессе эксплуатации скважин фонтанным, компрессорным или
насосным способом нарушается их работа, что выражается в постепенном
или резком снижении дебита, иногда даже в полном прекращении подачи
жидкости.
Работы по восстановлению заданного технологического режима
эксплуатации скважины связаны с подъемом подземного оборудования
для его замены или ремонта, очисткой скважины от песчаной пробки
желонкой или промывкой, с ликвидацией обрыва или отвинчивания
насосных штанг и другими операциями.
Изменение технологического режима работ скважин вызывает
необходимость изменения длины колонны подъемных труб, замены НКТ,
спущенных в скважину, трубами другого диаметра, УЭЦН, УШСН,
ликвидации обрыва штанг, замены скважинного устьевого оборудования
и т. п. Все эти работы относятся к подземному (текущему) ремонту
скважин и выполняются специальными бригадами по подземному
ремонту.
Более сложные работы, связанные с ликвидацией аварии с обсадной
колонной (слом, смятие), с изоляцией появившейся в скважине воды,
переходом на другой продуктивный горизонт, ловлей оборвавшихся
труб, кабеля, тартального каната или какого-либо инструмента, относятся
к категории капитального ремонта.
Работы по капитальному ремонту скважин выполняют специальные
бригады. Задачей промысловых работников, в том числе и работников
подземного ремонта скважин, является сокращение сроков подземного
ремонта, максимальное увеличение межремонтного периода работы
скважин.
Высококачественный подземный ремонт – главное условие
увеличения добычи нефти и газа. Чем выше качество ремонта, тем
больше межремонтный период и тем эффективнее эксплуатация
скважины.
Под межремонтным периодом работы скважин понимается
продолжительность фактической эксплуатации скважины от ремонта до
ремонта, т. е. время между двумя последовательно проводимыми
ремонтами.
Продолжительность межремонтного периода работы скважины
обычно определяют один раз в квартал (или полугодие) путем деления
числа скважино-дней, отработанных в течение квартала (полугодия), на
число подземных ремонтов за то же рабочее время в данной скважине.
Для удлинения межремонтного периода большое значение имеет
комплексный ремонт – ремонт наземного оборудования и подземный
ремонт скважины. Чтобы гарантийный срок работы скважины был
выдержан, ремонт наземного оборудования должен быть совмещен с
подземным ремонтом. Поэтому на промысле заранее должны быть
составлены комплексные графики на подземный ремонт и на ремонт
наземного оборудования.
Коэффициент эксплуатации скважин – отношение времени
фактической работы скважин к их общему календарному времени за
месяц, квартал, год.
Коэффициент эксплуатации всегда меньше 1 и в среднем по нефте-
и газодобывающим предприятиям составляет 0,94 – 0,98, т. е. от 2 до
6 % общего времени приходится на ремонтные работы в скважинах.
Текущий ремонт выполняет бригада по подземному ремонту
(НГДУ). Организация вахтовая – 3 чел.: оператор с помощником у устья и
тракторист-шофер на лебедке.
Капитальный ремонт выполняют бригады капитального ремонта,
входящие в состав сервисных предприятий нефтяных компаний.
Для ремонта скважин используют подъемные агрегаты и
специальное оборудование. Агрегат для ремонта скважин – это
подъемная установка, укомплектованная из самоходного транспорта,
лебедки, вышки, талевой системы и другого оборудования (ротор,
промывочный насос и др.).
Применяются агрегаты и подъемные установки для ремонта
скважин: Азинмаш 43-А, А-50У (Рис. 14.1, 14.2), КОРО-80, АР-32,
А60/80, КВМ-60, АПРС-40 и др. Эти установки реализуют обычную
технологию – с применением стальных труб с резьбовыми муфтовыми
соединениями. Для ремонта и бурения скважин с применением гибких
непрерывных труб ( от 19 мм до 114 мм, длина труб в бухте до 5000 м и
более) используют установки М-10, М-20, М-40 и др. Из зарубежных на
отечественных промыслах применяются установки «Кардвелл», «Дреко», «Кремко» и др.
Рис.
14.1.
Агрегат А50
Рис.
14.2.
Подъемный агрегат на устье ремонтируемой скважины