Гидропескоструйной перфорации по замкнутому циклу

Рис. 2.6. Технологическая схема гидропескоструйной перфорации

Со сбросом жидкости и песка

В качестве рабочей жидкости используют техническую воду с ПАВ, пластовую воду, 5—6%-и раствор соляной кислоты, де­газированную нефть и др. Песок должен быть с преимуществен­ным (более 50%) содержанием кварца фракции 0,2—2 мм. Гидроперфоратор ПА-6М включает корпус, насадки в держате­лях и заглушки, хвостовик-перо с центратором и шаровые кла­паны (опрессовочный и рабочий).

При ГПП можно создавать нормальные (горизонтальные) и наклонные (наиболее целесообразен угол наклона к оси сква­жины 60°) каналы, вертикальные и горизонтальные щели. Плот­ность перфорации часто составляет 1—4 отв/м. Однако этого недостаточно. В слоистых коллекторах целесообразно созда­вать 10—20 нормальных и 6—10 наклонных каналов или 18—20 щелей (длиной каждая по НО мм) на 1 м толщины пласта.

Совершенствование ГПП ведется в направлении использова­ния газожидкостно-песочной смеси (увеличивается длина кана­лов в 2,0-3,5 раза), кислотных растворов, добавки в жидкость полимеров, создания шланговых и зондовых гидромониторных гидропескоструйных устройств.

При гидропескоструйной перфорации применяется то же оборудование, как и при гидроразрыве пласта. Устье скважины оборудуется стандартной арматурой типа 1АУ-700, рассчитанной на рабочее давление 70,0 МПа. Для прокачки песчано-жидкостной смеси используются насосные агрегаты, смонтированные на платформе тяжелых грузовых автомобилей 2АН-500 или 4АН-700, развивающие максимальные давления соответственно 50 и 70 МПа. При меньших давлениях используют цементировочные агрегаты, предназначенные для цементировочных работ при бурении. Число агрегатов (n) определяется как частное от деления общей необходимой гидравлической мощности на гидравлическую мощность одного агрегата, причем для запаса берется еще один насосный агрегат,

 

 

 

где Q - расчетный суммарный расход жидкости;

P_у - давление на устье скважины;

q_а - подача одного агрегата на расчетном режиме;

Р_а - давление, развиваемое агрегатом;

η - коэффициент, учитывающий техническое состояние насосных агрегатов и их износ η = 0,75.

 Агрегат 4АН-700 снабжен дизелем мощностью 588 кВт при 2000 об/мин., трехплунжерным насосом 4Р-700 с диаметрами плунжеров 100 или 120 мм. Ход плунжера - 200 мм. Коробка передач имеет четыре скорости.

 Песчано-жидкостная смесь готовится в пескосмесительном агрегате (2ПА; ЗПА и др.), который представляет собой бункер для песка емкостью 10 куб.м с коническим дном. В нижней части бункера вдоль продольной оси установлен шнек. Скорость вращения шнека ступенчато изменяется от 13,5 до 267 об/мин. В соответствии с этим подача песка изменяется от 3,4 до 676 кг/мин. Кроме того, агрегат снабжен насосом 4НП (насос песковый) низкого давления для перекачки песчано-жидкостной смеси. Бункер со всем оборудованием смонтирован на шасси тяжелого автомобиля.

 Специальные рабочие жидкости завозят на скважину автоцистернами или приготавливают в небольших (10 - 15 куб.м) емкостях, установленных на салазках. В обвязку поверхностного оборудования монтируют фильтры высокого давления - шламоуловители, предупреждающие закупорку насадок крупными частицами породы.

Объем рабочей жидкости принимается равным - 1,3 - 1,5 объема скважины при работе по замкнутому циклу. При работе со сбросом объем жидкости определяют из простого соотношения:

 

 где q_н - -принятый расход жидкости через одну насадку;

n - число одновременно действующих насадок;

t - продолжительность перфорации одного интервала (15 - 20 мин);

N - число перфорационных интервалов.

 Количество песка принимается из расчета 50 - 100 кг песка на 1 куб.м жидкости.

 Процесс ГПП связан с работой насосных агрегатов, развивающих высокие давления, и в некоторых случаях с применением горячих жидкостей. Поэтому проведение этих работ регламентируется особыми правилами по охране труда и пожарной безопасности, несоблюдение которых может привести к очень тяжелым последствиям. Перед началом работ обязательна опрессовка всех коммуникаций на давление, в 1,5 раза превышающее рабочее. ГПП осуществляют, начиная с нижних интервалов.

 Общие гидравлические потери при гидропескоструйной перфорации складываются из следующих факторов:

 P1 - потерь давления на трение в НКТ при движении песчано-жидкостной смеси от устья до пескоструйного аппарата;

 ΔP - потерь давления в насадках, определяемых по графикам или расчетным путем;

 P₂ - потерь на трение восходящего потока жидкости в затрубном кольцевом пространстве;

 P₃ - противодавления на устье скважины в затрубном пространстве.

 Так как гидростатические давления жидкости в НКТ и кольцевом пространстве при работе по замкнутой системе уравновешены, то давление нагнетания на устье Pу будет равно сумме всех потерь:

 

 

 Величина P1 определяется по формулам трубной гидравлики:

где коэффициент трения λ определяется как обычно, через число Re, но увеличивается на 15 - 20% вследствие присутствия песка в жидкости;

L - длина НКТ;

d_в - внутренний диаметр НКТ;

v_т - линейная скорость потока в НКТ;

v_т = 4Q/(πdв²);

ρ - плотность песчано-жидкостной смеси.

 Величина ΔP определяется по графикам. Величина Р2 также определяется по формуле трубной гидравлики для движения жидкости по кольцевому пространству:

 

где D_в - внутренний диаметр обсадной колонны,

d_н - наружный диаметр НКТ,

v_к = 4Q/(π(D_в² - d_н²)) - линейная скорость восходящего потока жидкости в кольцевом пространстве, которая не должна быть меньше 0,5 м/с для полного выноса песка и предупреждения прихвата труб.

Пример расчета гидропескоструйной перфорации

 Рассчитать процесс гидропескоструйной перфорации на глубине L = 1020 м. Скважина имеет эксплуатационную колонну с условным диаметром D = 0,114 м и толщиной стенки s = 0,0074 мм. При обработке используют колонну НКТ с условным диаметром d = 0,048 м, s = 0,004 м. Применяют насадки диаметром 0,0045 м. Перепад давления Δрт + Δрк = 0,115МПа/100м. Группа прочности К.

Решение:

Vж = 1,88•D 2вн•L = 1,88•0,09922•1020 = 18,87 м³,

где Vж – общее количество жидкости;

Dвн = 0,0992 - внутренний диаметр эксплуатационной колонны, м.

Dвн = D - 2•s = 0,114 – 2•0,0074 = 0,0992 м.

Qп = 1,13•D 2вн•L•сп = 1,13•0,09922•1020•100 = 1134 кг,

где Qп – общее количество песка;

сп = 100 - объемная концентрация песка в 1 м жидкости, кг/м.

Q = 1,414•μ •nн•fн• = 1,414•0,82•4•0,000016• = 9 м³/с,

где Q – расход рабочей жидкости;

μ = 0,82 – коэффициент расхода;

nн = 4 – количество насадок, шт.

fн = 0,000016 – площадь поперечного сечения насадки на выходе, м².

fн = 0,785•0,00452 = 0,000016 м²;

Δрн = 19 – потери давления в насадках, МПа;

ρ - плотность жидкости – песконосителя;

ρ = ρ•(1- β ) + ρ•β = 1000•(1- 0,04) + 2500•0,04 =1060 кг/м,

где ρ = 1000 - плотность рабочей жидкости, кг/м;

ρ = 2500 – плотность песка, кг/м;

β =0,04 - объемная концентрация песка в смеси;

Р = Δрт + Δрк + Δрн + Δрп = 0,115•10,2 + 19 + 3,5 = 23,67 МПа,

где Р – гидравлические потери при проведении ГПП;

Δрп = 3,5 – потери давления в полости, образовавшейся при воздействии на породу абразивной струи, МПа.

Руд

где Руд – допускаемое давление на устье;

Рстр = 196 – страгивающая нагрузка резьбового соединения НКТ, кН;

qт = 18,5 – вес 1м трубы НКТ, Н/м;

Fт = 0,000868 – площадь поперечного сечения трубы НКТ.

Условие безопасной работы выполняется:

Руд = 136 МПа > 23,7 МПа = Р.

Вывод: Применение НКТ диаметром 48 мм допустимо, т.к. условие безопасной работы выполняется.