Практичне заняття № 5 Вивчення конструкції, розрахунок параметрів та вибір обладнання для промивання піщаних пробок

1ОМета заняття

1.1jОзнайомлення з призначенням, технічними характеристиками і конструкціями основного обладнання для промивання піщаних пробок.

1.2jНабуття практичних навиків з розрахунку параметрів і вибору обладнання для промивання піщаних пробок.

2ОЗавдання заняття

2.1оВивчення методів промивання піщаних пробок, обладнання та схем.

2.2оВибір схеми промивання виходячи із параметрів піщаної пробки.

2.3оВибір обладнання та встановлення оптимального режиму його роботи.

3ОТривалість заняття

Заняття розраховано на 4 години.

4ООсновні теоретичні відомості

При експлуатації родовищ, продуктивні пласти яких складені із слабо зцементованих піщаних порід, разом з нафтою і газом в свердловину виноситься пісок. Якщо швидкість руху рідини не забезпечує виносу на поверхню цього піску, то він осідає на вибої, утворюючи пробку. Піщані пробки у свердловинах ліквідовуються різними методами: чисткою свердловини за допомогою струменевого насоса, желонкою, гідробуром або промиванням водою, рідше нафтою, пінами та поверхнево-активними речовинами.

Застосовують пряме, зворотне і комбіноване промивання (рис. 5.1). При прямому промиванні промивальну рідину нагнітають в середину промивальної колони, зібраної із НКТ, а винесення із свердловини вимитого піску проводить по кільцевому простору. При зворотному промиванні - навпаки. При комбінованому методі проводиться періодична зміна напряму руху промивальної рідини.

Зворотне промивання рекомендується для промивання щільних пробок. Для дуже і особливо щільних пробок потрібно використовувати пряме і комбіноване промивання.

а – обладнання для прямого промивання свердловин; б – обладнання для зворотного промивання свердловин; в – обладнання для комбінованого промивання свердловин;

1 – обсадна колона; 2 – колона промивальних труб; 3 – відвідна лінія; 4 – промивальний вертлюг; 5 – промивальний шланг; 6 – стояк; 7 – промивальна головка; 8 – підвідна лінія.

Рисунок 5.1 – Схеми обв’язки свердловин для промивання піщаних пробок

Для забезпечення процесу промивання свердловин використовують насосні установки (УН1Т-100×200, УН1Т-100×250, УН1А-100×200), промивальні вертлюги (ВП50х160, ВП80х200), підйомні установки (АзІНМАШ – 37А,

АОРС – 40, АОРС – 60, УПА-50, А-50У, А-50М та інш.).

Транспортування промивальних рідин до свердловин здійснюється автоцистернами.

Для зворотного промивання використовуються спеціальні промивальні головки, які герметизують устя свердловин і вільно пропускають промивальні труби.

Для забезпечення ефективності рихлення пробок на промивальні труби накручують приспосіблення - мундштуки із зрізаними (як перо), або круглими (як олівець) кінцями.

5ОПорядок проведення заняття

5.1оОзнайомитися з методами промивання піщаних пробок, комплектом обладнання, схемами розміщення його на свердловині.

5.2оЗа плакатами і технічною документацією ознайомитись з основними параметрами, конструкцією насосних агрегатів і промивальних вертлюгів.

5.3оЗгідно таблиці 5.1 та варіанту, погодженого з викладачем, провести розрахунок параметрів, вибрати основне обладнання для забезпечення промивання піщаної пробки на свердловині, що експлуатується УШСН (згідно попереднього практичного заняття).

5.3.1оВибрати схему (метод) промивання, зарисувати її і скласти експлікацію до неї.

5.3.2оПровести підбір промивальної колони НКТ і розрахувати її на міцність. Для вибору і розрахунку колони НКТ користуватись даними приведеними в таблицях 5.2 - 5.5.

Визначення максимальної ваги колони промивальних труб здійснити за формулою

, Н, (5.1)

де - глибина опускання промивальних труб, м;

- маса погонного метра труб, кг/м;

- вага стовпа рідини в колоні НКТ, Н.

Для перевірки колони труб на міцність скористатись основними залежностями:

для нерівноміцних (гладких) труб

, (5.2)

де - зрушуюче навантаження для різьбового з'єднання гладкої нкт, н;

- коефіцієнт запасу міцності колони НКТ (приймається рівним від 1,3 до 1,5).

для рівноміцних (з висадженими назовні кінцями) труб

, (5.3)

де - площа перерізу тіла НКТ, м²;

- границя плинності матеріала труби, Па.

5.3.3оВизначити мінімальну витрату промивальної рідини, яку повинна розвивати насосна установка для піднімання розмитого піску. Швидкість піднімання розмитого піску

, (5.4)

де - швидкість піднімання піску;

- швидкість висхідного потоку промивальної рідини;

- критична швидкість вільного падіння піску в рідині, (табл. 5.6 ).

Якщо прийняти, що при запобігається ріст концентрації піску в промивальній рідині, то мінімальна швидкість піднімання розмитого піску буде

. (5.5)

Тоді мінімальна швидкість висхідного потоку рівна

. (5.6)

При прямому промиванні мінімальна швидкість висхідного потоку забезпечується при наступній мінімальній подачі

, м³/с, (5.7)

де - внутрішній діаметр обсадної колони, м;

- зовнішній діаметр промивальних труб, м;

- критична швидкість вільного падіння піску в рідині, м/с.

При зворотному промиванні

, м³/с, (5.8)

де - внутрішній діаметр промивальних труб, м;

- критична швидкість вільного падіння піску в рідині, м/с.

5.3.4оПідібрати насосний агрегат і промивальний вертлюг згідно даних таблиць 5.11-5.13.

5.3.5оПровести гідравлічний розрахунок промивання, який зводиться до визначення величин гідравлічних втрат при русі рідини.

Загальні гідравлічні втрати при промиванні визначаються за формулою

, м, (5.9)

де - втрати напору при проходженні низхідного потоку рідини;

- втрати напору при проходженні суміші рідини з розмитим піском;

- втрати напору на врівноваження різниці питомих ваг рідини і суміші в трубах;

- втрати напору на гідравлічні опори в шланзі та вертлюзі при русі промивальної рідини;

- втрати напору на шляху від насоса до шланга.

Втрати напору при проходженні низхідного потоку при прямому промиванні визначаються за формулою

, м , (5.10)

де - коефіцієнт гідравлічного тертя для води, який залежить від діаметра труб, його значення приводяться в таблиці 5.9;

- глибина опускання промивальних труб, м;

- внутрішній діаметр промивальних труб, м;

- швидкість низхідного потоку рідини в промивальних трубах, м/с.

Втрати напору при проходженні суміші рідини з розмитим піском у висхідному потоці при прямому промиванні становлять

, м , (5.11)

де - коефіцієнт, який враховує підвищення гідрав-лічних втрат при наявності піску в рідині, приймається від 1,1 до 1,2;

- швидкість висхідного потоку рідини в кільцевому просторі, м/с;

- внутрішній діаметр експлуатаційної колони, м;

- зовнішній діаметр промивальних труб, м.

Додатковий напір, який необхідно подолати в зв'язку з рівницею гідростатичних напорів в промивальних трубах і в кільцевому просторі, внаслідок наявності піску у висхідному потоці, визначається як

, м, (5.12)

де - пористість піщаної пробки, приймається

від 0,3 до 0,45;

- площа прохідного січення експлуатаційної колони, м²;

- висота пробки, промитої за один прийом (довжина одної труби або свічки із 2-х труб), м;

- площа перерізу кільцевого простору між експлу-атаційною колоною і колоною промивальних труб, м²;

- густина промивальної рідини, кг/м³;

- густина піску, ( ).

Втрати напору в шланзі і вертлюзі приймаються в залежності від витрати промивальної рідини з таблиці 5.10.

Втрати напору на шляху від насоса до шланга

, м, (5.13)

де - коефіцієнт гідравлічного тертя при русі рідини в маніфольді;

- довжина маніфольда промислового агрегату, ( м);

- внутрішній діаметр маніфольда, (маніфольд виконаний із насосно-компресорних труб умовним діаметром

73 мм),м;

- швидкість руху рідини в маніфольді, м/с.

При розрахунку втрат при зворотному промиванні існують незначні відмінності, а саме:

- втрати напору при проходженні низхідного потоку (в кільцевому просторі) при зворотному промиванні визначаються за формулою

, м; (5.14)

- втрати напору при проходженні суміші рідини з розмитим піском у висхідному потоці (всередині промивальних труб) при зворотному промиванні становлять

, м; (5.15)

- при розрахунку додаткового напору, який необхідно подолати в зв'язку з різницею гідростатичних напорів в промивальних трубах і в кільцевому просторі, внаслідок наявності піску у висхідному потоці, необхідно у формулу (5.12) замість площі кільцевого простору підставити площу прохідного січення промивальних труб;

- гідравлічні втрати напору в шланзі і вертлюзі при зворотному промиванні відсутні ( ).

5.3.6оВизначити потужність, яка необхідна для промивання, за формулою

, кВт, (5.16)

де - загальні гідравлічні втрати при промиванні , м;

- подача насоса, м³/с;

- ККД агрегату (приймається від 0,7 до 0,8).

5.3.6оВизначити коефіцієнт використання максимальної потужності агрегату

N

K= –––––  100 , %, (5.17)

N_max

де - максимальна потужність агрегату, кВт.

5.3.7оВсі розрахунки проводити паралельно для всіх швидкостей вибраного промивального агрегату і вибрати оптимальний режим промивки.

5.3.8оВизначити тиск на вибій свердловини

Тиск на вибій свердловини при зворотному промиванні буде більший, ніж при прямому промиванні на величину різниці в гідравлічних втратах в кільцевому просторі і в підйомних трубах. Цей тиск рівний

, МПа, (5.18)

де - густина промивальної рідини, кг/м³.

При прямому промиванні загальні гідравлічні втрати менші, ніж при зворотному.

5.3.9оВизначити запас (об'єм) промивальної рідини і кількість ємностей для її транспортування

, (5.19)

де - об'єм промивальної рідини, м³;

- об'єм свердловини з врахуванням спущених

труб, м³.

Промивальна рідина в кількості рівній об'єму свердловини з врахуванням спущених труб заливається в свердловину, а від 0,2 до 0,3 об'єму свердловини повинні зберігатись в ємностях. За цією величиною підбирається об’єм промивальної рідини.