Методика розрахунку основних параметрів гідропіскоструминної перфорації

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

Таблиця 3.1 – Значення густини перфорації при визначеній глибині каналу ГПП

	, мм	, отв/м	, мм
0,8	300	1	337
0,8	200	3	237
0,8	150	4	187
0,8	125	5	162
0,8	100	6	137

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

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

, (3.1)

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

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

- радіус гідро піскоструминного апарата, мм. Приймати мм;

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

, (3.2)

де - зовнішній діаметр експлуатаційної колони, мм;

- товщина стінки експлуатаційної колони, мм.

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

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

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

Час, хв.	Міцність гірської породи на стиск, МПа
	20		50		100			150
	Перепад тиску в насадці, МПа
	30	20	30	40	20	30	40	30	40
20	219 295	112 150	136 182	173 230	76 103	93 127	112 149	67 88	79 106
30	240 320	123 164	149 199	189 251	82 113	102 139	122 163	73 97	86 115
60	264 352	135 180	164 219	208 276	92 124	113 152	134 179	80 106	94 126
100	276 367	141 188	172 228	217 288	96 130	119 159	140 187	84 111	99 132
Примітка: в чисельнику для насадки діаметром 4,5 мм, в знаменнику – діаметром 6 мм

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

, (3.3)

де - витрата рідини, м³/с;

- діаметр насадки, м;

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

для насадок апарата АП – 6М і водопіщаної суміші;

- перепад тиску в насадках, МПа;

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

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

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

, л/с	Втрати тиску на 100 м глибини для конструкції колони, мм при
	мм і , мм			мм і , мм
	60,0	73,0	88,9	60,0	73,0	88,9
5	0,030	0,025	0,020	0,020	0,018	0,015
10	0,130	0,115	0,100	0,120	0,100	0,080
15	0,310	0,270	0,230	0,270	0,230	0,190
20	0,520	0,440	0,370	0,420	0,360	0,310
25	0,720	0,620	0,520	0,560	0,490	0,430

Загальні втрати тиску становлять

, (3.4)

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

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

Очікуваний тиск на гирлі свердловини під час ГПП розраховується за формулою

. (3.5)

Час, необхідний для утворення каналу, орієнтовно приймають хв.

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

, (3.6)

де . (3.7)

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

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

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

8) Визначаємо густину водопіщаної суміші за формулою

, (3.8)

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

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

Звідси

, (3.9)

де - концентрація піску в рідині, кг/м³.

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

, (3.10)

де - глибина нижнього отвору перфорації, м;

- зовнішній діаметр експлуатаційної колони, мм;

- зовнішній діаметр НКТ, мм;

- товщина стінки труб експлуатаційної колони, мм;

- товщина стінки НКТ, мм.

, (3.11)

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

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

10. Розраховуємо необхідний тиск опресування напірних ліній

(3.12)

10. Розраховуємо кількість насосних агрегатів за формулою

, (3.13)

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

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

Таблиця 3.4 – Характеристика насосного агрегату 4АН-700

Швидкість	, МПа	, л/с
I	70	4,1
II	54	5,5
III	39	7,8

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

(3.14)

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

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