Повышение продуктивности и реанимация скважин

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

колебаний.

Дальнейшее повышение эффективности работы вихря как рабочего элемента гидродинамического генератора достигается использованием в первой ступени центробежной форсунки двух поясов тангенциальных каналов с взаимно противоположным завихрением жидкостных потоков. Схема работы такого элемента генератора показана на рис. 7.1.12.

Поступающая в первую высоконапорную ступень из нагнетательной магистрали жидкость разделяется на две части – расход Q11 поступает на первый пояс тангенциальных каналов, а расход Q12 – на второй пояс подобных каналов. Расположение поясов каналов обеспечивает противоположную закрутку образующихся в камере закручивания жидкостных вихрей.

На рис. 7.1.13 приведены расчетные и полученные в ходе стендовых исследований кривые расходных характеристик двухвихревой центробежной форсунки со значением геометрической характеристики для каналов первого пояса А1 = 7 и диаметром сопла 8 мм, с перепадом давления на первой ступени 0,3 МПа, степенью закрытия форсунки 1,7. Кри-

вые построены для различных соотношений F~ = F11F22 площадей сечений тангенциальных каналов первого и второго

Рис. 7.1.13. Расчетные (штриховые линии) и экспериментальные расходные характеристики двухступенчатой центробежной форсунки с двумя поясами тан-

генциальных каналов в первой ступени. Значение F~ :

1, 1′ – 0,0; 2, 2′ – 0,25; 3, 3′ – 0,5; 4, 4′ – 1,0

219

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

поясов.

Как следует из представленных результатов, двухвихревая центробежная форсунка обеспечивает высокоамплитудную генерацию упругих колебаний в достаточно широком расходном диапазоне рабочей характеристики.

На основе использования подобного гидравлического вихревого элемента авторами разработаны новый способ возбуждения колебаний и гидродинамический генератор колебаний типа ГД2В с повышенной эффективностью генерации в широком диапазоне изменения напорно-расходных параметров нагнетания рабочей жидкости [136].

Исследования генераторов типа ГД2В проводились на промысловом стенде, построенном на базе НГДУ "Елховнефть" АО "Татнефть". Описание стенда и его технических возможностей приведено в разделе 7.1. Стендовые испытания показали высокую работоспособность устройств, устойчивую работу в широком диапазоне изменения расхода и давления нагнетания рабочей жидкости, начиная со сравнительно малых начальных значений. Как и ожидалось, в генераторе после нескольких часов испытаний не были обнаружены следы существенного износа или разрушения, а также изменения его рабочих характеристик, что указывает на его высокую надежность и долговечность. Впоследствии при скважинных промысловых исследованиях это также подтвердилось. Испытания показали, что при соответствующей настройке генератор продуцирует колебания, амплитуда и частота которых изменяются в зависимости от перепада давления, что позволяет осуществить авторегулирование виброволнового воздействия при проведении обработки ПЗП в зависимости от глубины ее загрязненности.

На рис. 7.1.14 показан внешний вид генератора ГД2В-3, наиболее часто используемого в технологии виброволнового и депрессионно-химического воздействий (ВДХВ). В отличие от всех других известных устройств генератор типа ГД2В при меньших расходах и перепадах давления продуцирует с использованием резонансных систем более высокие амплитуды

Рис. 7.1.14. Внешний вид скважинного генератора колебаний ГД2В-3

220

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

колебаний давления (см. табл. 7.1.1), т.е. обладает максимальным гидравлико-акустическим КПД. Это позволяет весьма эффективно использовать данную конструкцию для осуществления широкого набора технологических операций виброволнового воздействия при совместной работе с другими потребляющими гидравлическую энергию устройствами, например струйными насосами. При этом параметры оборудования могут настраиваться с использованием компьютерной программы на оптимальную работу под каждую скважино-пластовую систему.

Данная конструкция позволила создать нормальный ряд генераторов различного технологического назначения и разных мощностей, позволяющий в зависимости от степени сложности и категории объекта осуществлять рациональные технологические режимы.

Технические характеристики генераторов типа ГД2В представлены в табл. 7.1.2.

Относительно малые рабочие расходы и перепад давления при продуцировании достаточно мощных колебаний позволяют эффективно использовать генераторы типа ГД2В-2 для регенерации фильтров водозаборных скважин и повышения их продуктивности с использованием простых насосов или насосных агрегатов.

Применение генераторов ГД2В-3 в технологии ВДХВ позволяет привлекать для обработки глубоких скважин одну единицу насосной техники агрегатов 4АН-700 или СИН-31 вместо двух-трех (при использовании генераторов типа ГЖ), а скважины глубиной 1200–1500 м могут обрабатываться с привлечением 2–3 единиц менее дефицитных и затратных агрегатов типа ЦА-320, применение которых для осуществления технологии ранее было невозможно. Тем самым обработка скважины существенно упрощается и удешевляется, снижаются трудозатраты, повышается рентабельность внедрения технологии.

С использованием одновременно двух генераторов данного типа, а также генераторов ГД2В-2 проводят обработку пластов толщиной 40–50 м и более, протяженных участков горизонтальных скважин одновременно в двух-трех точках, что сокращает трудозатраты, сроки ремонта скважины и повышает рентабельность обработок.

221

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Таблица 7.1.2

Технические характеристики скважинных генераторов колебаний типа ГД2В, используемых в технологиях с применением виброволнового воздействия

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Генераторы типа ГД2В-4 позволили проводить очистку ПЗП во вторых стволах действующих скважин с диаметром эксплуатационной колонны 102 мм.

Генераторы типа ГД2В-5, обладающие повышенной мощностью, позволяют проводить обработку низкопродуктивных и простаивающих скважин, нагнетательных скважин с нулевой приемистостью, т.е. фактически осуществлять реанимацию скважин. Они могут также применяться в технологии ВПВ для обработки горизонтальных скважин, а также в технологии ограничения водогазопритока и для приготовления эмульсий.

Генераторы ГД2В-6, как самые мощные из всех, применяются для обработок горизонтальных скважин с использованием технологии ВПВ, а также особо сложных вертикальных и наклонных скважин, у которых произошло наиболее глубокое засорение ПЗП.

С использованием новых генераторов типов ГД2В-3, ГД2В- 4, ГД2В-6 и других успешно проведены опытно-промысловые работы на скважинах с различными геолого-физическими характеристиками продуктивных пластов, и они все шире внедряются на нефтепромыслах в ряде регионов России и стран СНГ.

7.2.ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ СОЗДАНИЯ ДЕПРЕССИЙ НА ПЛАСТ1

Известно несколько методов и технических приемов для снижения давления жидкости на забое скважины и создания депрессии на пласт во время проведения обработок призабойной зоны. Это:

замена заполняющей скважину жидкости на более легкую или пену;

снижение уровня жидкости путем ее откачки с помощью насосов, свабирования, компрессирования;

локальная откачка жидкости с забоя, отделенного от остального ствола скважины пакерами, с использованием струйного насоса, пластоиспытателя, соединения подпакерного пространства с пустыми трубами или стеклянными баллонами, тартанием желонкой и т.п.

Для создания долговременной депрессии при одновременной работе с гидродинамическими генераторами колебаний

1 Раздел составлен совместно с А.П.Лысенковым

223

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

наиболее подходящими являются использование струйного насоса и прокачка пены.

Оборудование для прокачки пены

До недавнего времени прокачку пены использовали достаточно редко. Однако с введением горным надзором запрета на применение компрессирования прокачка пены стала одним из основных приемов при освоении скважин и вызове притока из пласта. Хотя прокачка пены и превосходит по сложности осуществление компрессирования – необходима дополнительная техника: насосные агрегаты, автоцистерны, пенообразующие вещества; ее применение позволяет регулировать путем изменения степени аэрации значение создаваемой депрессии и уменьшать за счет перераспределения объема воздуха в скважинной жидкости время достижения необходимого забойного давления (1–2 ч вместо 4–6 ч). Снижение забойного давления может достигать 30–40 % от значения гидростатического давления столба жидкости, независимо от глубины скважины, а при компрессировании имеется предел откачки в 700–800 м.

Одной из технических сложностей при осуществлении прокачки пены является гашение струи при бурном изливе из скважины. При компрессировании применяются линейные гасители, представляющие собой трубу с несколькими окнами, между которыми установлены диафрагмы или гасители на встречных струях. Для гашения пены их применение ограничено – пена не разделяется на воздух и воду, переливается через край желобной емкости и загрязняет территорию, в особенности при передозировке пенообразующих поверх- ностно-активных веществ (ПАВ). Приходится доставлять на скважину большие емкости объемом 25–30 м3 или сбрасывать пену в амбар, теряя воду и ПАВ.

Для решения этой проблемы авторами разработан специальный сепаратор циклонного типа (рис. 7.2.1). Сепаратор состоит из вертикального цилиндра с тангенциальным вводным патрубком, центральной трубки, нижнего цилиндра и кожуха с отверстиями. В отличие от обычных циклонных сепараторов, применяемых в бурении, в нем цилиндр выполнен из двух частей, между которыми образована щель. Подключение к затрубью скважины осуществляется с помощью быстросъемного трубопровода. Малые габариты позволяют устанавливать его в удобном месте – в желобной емкости или люке автоцистерны.

224

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 7.2.1. Сепаратор циклонного типа, применяемый для разрушения пены

Пена в сепараторе закручивается, и вода со взвешенными частицами под действием центробежной силы отбрасывается к периферии, а воздух концентрируется вдоль оси. Закрученный поток при движении по окружности теряет энергию, вода отделяется от воздуха, истекает через щель и через отверстия в кожухе изливается в желобную емкость. Воздух через центральную трубку выходит в атмосферу. При изливе пены из скважины сепаратор выполняет роль "гусака". Отделенный от воздуха раствор ПАВ в режиме циркуляции повторно используется для приготовления пены и закачки ее в скважину. Испытания сепаратора показали достаточно высокую эффективность гашения пены.

Для получения пены требуется наличие специального аэратора. Авторами разработаны аэраторы эжекторные или типа "перфорированная труба в трубе". Они представляют собой тройники, изготовленные из 60-мм НКТ или кусков быстросъемных трубопроводов, внутри которых установлены перфорированная труба или вкладыши в виде сопла и камеры смешения с диффузором. Конструкция аэратора эжекторного типа представлена на рис. 7.2.2. Благодаря малым габаритам он может устанавливаться непосредственно на планшайбе на устье скважины. При проведении обработки скважин эти аэраторы могут также использоваться для смешения различных жидкостей при приготовлении эмульсий или растворов реагентов.

225

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 7.2.2. Аэратор:

1 – тройник; 2 – сопло; 3 – камера смешения; 4 – переводник; 5 – наконечник быстроразъемного соединения

Использование струйных насосов

В процессах добычи нефти струйные насосы используются достаточно широко, особенно в условиях с повышенным газовым фактором и пескованием. За рубежом струйные насосы широко применяются для откачки нефти из скважин. Для этого на площадке скважины выполняется автономная, достаточно сложная система, состоящая из насосов, сепараторов и другой специальной техники. В различных странах разработано много модификаций струйных насосов и программ расчета их режимов и геометрии для оптимальной работы в различных условиях. В России струйные насосы использовались в основном для освоения скважин. Наиболее известными являются струйные насосы УОС-1 и их модификации, разработанные ИФИНГ (г. Ивано-Франковск). Однако конструкция этих и других известных струйных насосов не подходит для совмещения с работой гидродинамических генераторов колебаний.

Авторами разработаны струйный насос-инжектор и дополнительные устройства, которые в компоновке с пакерами механического типа позволяют производить виброволновое воздействие в условиях депрессии на пласт. За основу была взята классическая геометрия с одним соплом, цилиндрической камерой смешения и коническим диффузором как наиболее отработанная.

На рис. 7.2.3 представлена схема конструкции инжектора, а на рис. 7.2.4 показан внешний вид компоновки.

Особенность конструкции струйного насоса состоит в том, что обеспечивается возможность совместной работы с гидродинамическим генератором колебаний, установленным ниже пакера в зоне интервала перфорации. Параметры работы струйного насоса

226

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

устанавливаются таким образом, чтобы его подача обеспечивала откачку пластовой и рабочей жидкостей, а также чтобы понижалось давление под пакером.

Приведем оценку технологических параметров осуществления депрессии на забое скважины при совместной работе на одной линии нагнетания гидродинамического генератора колебаний и струйного насоса.

227

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Для обеспечения эффективной работы гидродинамического генератора требуется режимный расход жидкости через него Qг. Следовательно, для достижения депрессии объем жидкости, который должен откачиваться за единицу времени из-под пакерного пространства, должен удовлетворять неравенству:

Qн ≥ Qг + Qпл,

где Qпл – приток жидкости из пласта.

Если задана подача насосных агрегатов на устье Qс, то можно определить предельно достижимый коэффициент инжекции струйного насоса как:

исходя из которого определяются оптимальные соотношения площадей камеры смешения f3 и рабочего сопла fр1 струйного насоса [150]:

ϕ 23)(1 + u)2.

Здесь ϕ 1 = 0,95; ϕ 2 = 0,975; ϕ 3 = 0,90; ϕ 4 = 0,925 – эмпириче-

ски определенные для цилиндрических камер смешения и сопел коэффициенты скоростей, которые учитывают потери на трение. Оптимальное соотношение (7.2.2) обеспечивает максимальный перепад давления, развиваемый при указанных расходах Qг и Qс струйным насосом.

Если f3/fр1 < 4, то струйный насос классифицируется как высоконапорный и имеет следующее уравнение характеристик:

Если f3/fp1 > 4, то струйный насос – низконапорный и его характеристики определяются по упрощенному уравнению, не

228