Влияние впрыскивающего устройства

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

На рисунке 10.4 показано, что для очистки ствола требуется выемка нескольких его объемов при использовании воды в горизонтальном раз­резе скважины, вводимой тремя различными типами сопла. Существует нелинейная связь между количеством объемов стволов и скоростью жид­кости in-situ. Для определенного типа сопла необходимое количество объемов стволов является постоянным в том случае, если скорость жид­кости in-situ достаточно высока. Однако при низкой ее скорости количе­ство объемов ствола критически возрастает при падении скорости нагне­тания. Следует отметить, что в некоторых случаях ствол не будет пол­ностью очищен, если минимальная скорость жидкости in-situ не достиг­нута, и степень очистки будет меняться в зависимости от типа сопла. Очень важно выбрать правильный тип сопла и скорость движения кол-тюбинга для обеспечения эффективной очистки. Параметры выноса твердых фрагментов, взаимодействующие друг с другом (рис. 10.3, 10.4), можно сопоставить с параметром безразмерной скорости очистки и по полученным результатам, с целью обеспечить эффективную очистку, выбрать соответствующие впрыскивающие устройства, скорость струи и поступательно-возвратную скорость колтюбинга.

152

_]_] \ I _JL

Рис. 10.4. График эффективности очистки ствола

Влияние размера твердых частиц

Результаты предыдущего исследования показали, что твердые частицы, создающие самые большие трудности при очистке способом стационарной циркуляции воды, - это фракционный песок диаметром 0,76 мм. Очистка методом колтюбинга выявила другие особенности на основании размера частиц. В настоящем исследовании рассматривались три вида размеров частиц: скважинная пыль, фракционный песок, об­ломки выбуренной породы, шлам. Представленные результаты иссле­дования частиц различной величины (рис. 10.5) показывают, что при очистке горизонтальной скважины с высокой скоростью нагнетания большие по размеру частицы выносятся легче, чем меньшие. При низ­кой скорости нагнетания достигается обратный результат. Влияние размера частиц на удаление твердых фрагментов при очистке стацио­нарной циркулирующей водой и колтюбингом неодинаково. Взаи­мовлияние различных параметров движения твердых частиц усложняет обобщение результатов и вынесение заключений по данному вопросу.

Рис. 10.5. График влияния размеров частиц

153

Эффективность очистки, %

Влияние вида жидкости

При использовании метода очистки колтюбингом прибавился новый параметр для исследования - флюиды. В отличие от обычного способа очистки циркулирующей водой применение колтюбинга в случае, когда гель не может «подбирать» твердые частицы, а только омывает пласты твердых частиц, для сильно искривленных скважин является более эффек­тивным. Из-за турбулизации (создания вихревых потоков), возникающей в нижней части аппарата колтюбинга, жидкости, гели обладают способно­стью подхватывать, увлекать за собой и выносить твердые частицы на поверхность скважины. При удалении мелких частиц, таких как сква-жинная пыль, из горизонтальных разрезов предпочтение отдается ге­лям. Частицы большего размера - фракционный песок или шлам - уда- ! ляются при более высокой скорости.

Влияние вида жидкости на очистку ствола показано на рисун­ке 10.6. Значительного различия между препаратами Xanvis и НЕС при использовании их со всеми исследуемыми скоростями струи не выяв­лено. Нет различия между водой и гелем за исключением введения их на очень низкой скорости нагнетания, то есть при очень низкой скоро- I сти сдвига, где гель действует лучше, чем вода или соленая вода. Сле- | довательно, в том случае, когда скорость жидкости in-situ низкая, зака- j чиваемый гель выполняет работу по очистке лучше.

Рис. 10.6. График влияния типа жидкости Влияние угла отклонения

Экспериментальные данные исследования свидетельствуют о том, ] что самая низкая скорость жидкости in-situ развивается под углом 60°. 1 Влияние угла отклонения при очистке методом колтюбинга показано на 1 рисунке 10.7. Общепринято, что при скорости струи колтюбинга диа- I метром 1 '/г дюйма нет существенной разницы в эффективности удале- I ния твердых частиц, если очистка производится под углом 0-65°. Зна- I

154

читальная разница в степени очистки при использовании различных жидкостей, в том числе, например, воды, возникает, когда очистка про­изводится не горизонтально, а под углом 65°. Но при применении вместо воды геля Xanvis полная очистка достигается при отклонении на 65°.

Рис. 10.7. График влияния угла отклонения Влияние многофазного потока

Работа с многофазным потоком очень сложна, и если выполняется неправильно, то эффект очистки минимальный. Но если включить в ка­честве компонента газовую фазу, то твердые частицы удаляются очень эффективно. На рисунках 10.8 и 10.9 показано применение многофазно­го потока и его влияние на различные газосодержащие фракции. Добав­ление газовой фазы к объемному газосодержанию фракций (50%) при постоянном циркулировании воды может улучшить очистку ствола скважины при использовании метода колтюбинга на 50%. Эффектив­ность очистки в этом случае увеличивается только на 10—20%. Так, если ствол скважины был очищен на 80% методом колтюбинга с применени­ем воды, то с газовой фазой можно добиться удаления шлама на 85%. Даже при очистке циркулирующей водой с добавлением газовой фазы эффективность очистки увеличивается. Если использовать только газо­вую фазу с методом колтюбинга, то эффективность очистки будет еще выше. Особенно эффективно введение в очистку газовой фазы в низко­напорных пластах и в тех случаях, если существуют ограничения из-за гидростатических условий.

Как показано на рисунке 10.8, применение для удаления твердых частиц газовой фазы дает незначительный эффект, если относительная

155

скорость жидкости in-situ высока. Как только относительная скорость жидкости in-situ снижается, эффективность удаления твердых тел зави­сит от введения газовой фазы. Сразу после введения газовой фазы эф­фективность удаления твердых частиц снижается. Затем, по мере по­ступления газа, относительная скорость in-situ возрастает, что улучшает эффективность удаления твердых тел.

На рисунке 10.9 показано влияние введения в систему газа, уве­личивающего оптимальную скорость очистки колтюбингом. Три кри­вые демонстрируют фазу введения газа и снижения скорости жидко­сти при сохранении постоянной комбинированной скорости струи (потока). Если газ вводится при более высоких скоростях струи, его влияние значительно больше, чем при более низких скоростях струи. Чем больше объем подаваемого газа при постоянной общей комби­нированной (совместной) скорости струи (потока), тем больше пада­ет оптимальная скорость колтюбинга, но эффективность удаления твердых тел увеличивается при подаче газа с неизменной скоростью струи жидкости, как показано на рисунке 10.8. Сложность процесса многофазного потока создает много трудностей при подведении ито­гов и обобщении результатов. Большое количество данных необхо­димо подвергнуть корреляции с тем, чтобы наиболее точно прогно­зировать влияние газовой фазы на оптимальную скорость и эффек­тивность очистки ствола скважины колтюбингом.

На основе экспериментального исследования и анализа процес­са очистки скважинного ствола можно сделать следующие выводы.

По сравнению с очисткой постоянно циркулирующей водой метод колтюбинга является более эффективным.

156

Для исследуемого типа скважин существует оптимальная ско­рость очистки колтюбингом, при которой достигается полное удале­ние твердых частиц из скважины. Оптимальная скорость очистки колтюбингом зависит от угла отклонения, вида жидкости (флюида), размера твердых частиц и типа сопла (форсунки). Сопло с правильно подобранным впрыскивающим устройством обеспечивает эффектив­ность процесса очистки.

Результаты исследования различного размера твердых частиц по­шали, что когда скважина имеет разные углы отклонения, то удаление твердых частиц диаметром от 0,15 до 7 мм происходит более эффектив­но. Круглые частицы, например фракционный песок, удаляются наибо­лее легко, скважинная пыль — с определенными трудностями, а самым трудным является удаление шлама.

Реология флюидов играет важную роль в удалении твердых тел, и оптимальные результаты по очистке достигаются в том случае, если флюид, используемый в турбулентном потоке, имеет малую вязкость, а для увеличения способности выноса твердых частиц используется гель или многофазная система очистки ствола скважины.

Для результативного прогнозирования эффективности очистки необходима компьютерная обработка полученных многочисленных не­зависимых переменных величин, влияющих на удаление твердых тел из скважины (С. Уокер, Д. Ли).