2.3 Эффективные методы борьбы с пескопроявлением на месторождении Кумколь

2.3.1 Факторы, обусловливающие пескопроявление в скважинах

Основным и наиболее часто встречающимся осложнением при эксплуатации скважин на месторождении Кумколь, в том числе при разработке месторождений, является пескопроявление, приводящее к длительному простою скважин, большим затратам времени на их ремонт и, как следствие этого, к значительным потерям продукции.

Пескопроявляющей называют скважину, в продукции которой содержится песок (от долей процента до 1—2 % и более). Скважины с пескопроявлеииями характеризуются тем, что в них периодически образуются забойные песчаные пробки, что возмож­но при любом способе эксплуатации: насосном, газлифтном и фонтанном. Значительно реже встречаются патронные и висячие пробки.

В связи с тем что породы, пласты-коллекторы на месторождении Кумколь, содержат значительное количество песка ( до 20 %) в добывабщих скважинах, необходимо ожидать пескопроявление, что и было обнаружено в процессе эксплуатации.

При одних и тех же коллекторах наибольшее число неполадок из-за песка происходит в скважинах, оборудованных ШСН. Откачка штанговым насосом жидкости, содержащей песок, приводит к быстрому износу плунжеров, втулок, клапанов и других узлов насоса, к заклиниванию плунжеров в цилиндрах насосов и прекра­щению подачи жидкости.Это обусловливается тем, что штанговая насосная установка по конструкции является худшим подъемником для жидкости, содержащей песок, чем фон­танный.

Разрушение пород призабойной зоны и вынос твердых частиц (песка) из пласта в скважину представляет собой одну из старейших проблем нефтедобывающей промышленности. Это явление подвергалось тщательному и всестороннему изучению, включающему широко поставленные эксперименты на промыслах. Однако универсального способа борьбы с пескопроявлением не найдено.

Известно, что причиной разрушения коллектора являются напряжения в породе, возникающие при фильтрации жидкостей. С уменьшением скорости фильтрации (дебита скважины) в результате уменьшения депрессии на пласт напряжения снижаются. Поэтому, в принципе, существует возможность избежать разрушения пород призабойной зоны поддержанием дебитов на определенном допускаемом уровне.

Однако в условиях слабоцементированных коллекторов эксплуатация скважин на таких режимах нередко оказывается экономически нерентабельной. Вследствие этого к ограничению дебитов прибегают сравнительно редко, предпочитая применять те или иные методы борьбы с выносом песка.

Известно, что песок, поступающий вместе с жидкостью из пласта в скважину, приводит к усиленному износу эксплуатационного оборудования; осаждаясь на забоях скважин, образует пробки, ликвидация которых требует трудоемких работ и связана с неизбежными и иногда весьма значительными потерями добычи нефти; приводит к нарушению устойчивости пород в призабойной зоне, к обвалу пород и, как следствие этого, к деформациям эксплуатационных колонн и нередко к выходу из строя скважин.

2.3.1.2 Существующие методы борьбы с пескопроявлением. Методы предотвращения поступления песка в скважину

Добиться продуктивности скважин особенно трудно там, где пластовые пески склонны к разрушению. Механизм выноса песка необычайно сложен, на него оказывает влияние каждая операция при закачивании скважин: от первоначального вскрытия пласта долотом до освоения скважин для отбора или закачки.

При выносе песка наиболее существенным осложнением является образование песчаных пробок в эксплуатационной и лифтовой колоннах скважин, которые ограничивают ее производительность. Для восстановления продуктивности скважин обычно используют следующие на данный момент существующие эффективные методы борьбы с пескопроявлением:

- методы, препятствующие поступлению песка из пласта в скважину;

- методы, направленные на вынос песка на дневную поверхность при допустимых отборах жидкости и приспособление оборудования к работе в пескопроявляющих скважинах;

- методы сепарации и изоляции песка в специальных защитных устройствах

- методы ликвидации образовавшейся песчаной пробки.

К первой группе методов относится применение забойных фильтров (Приложение ) различных конструкций (щелевых, дырчатых, проволочных и т.д.), применение гравийных фильтров, ограничение отбора жидкости, крепление пород призабойной зоны различными цементирующими песок веществами, закачка в призабойную зону крупнозернистого песка и т. д

При использовании методов второй группы создают высокие скорости откачки, подбирают соответствующие диаметры труб и конструкции подъемников (при фонтанной и компрессорном эксплуатации), используют трубчатые штанги при насосной эксплуатации, подлив и подкачку жидкости в скважину и т. д.

К третьей группе методов относится применение различных защитных приспособлений при штанговой насосной добыче нефти (фильтров, газопесочных якорей и т. д.).

К четвертой группе методов относятся различные способы удаления из скважины уже образовавшейся песчаной пробки гидробуром и промывкой ее водой, нефтью и другими жидкостями.

Методы первых трех групп направлены на предотвращение пробкообразования и других неполадок и обеспечение нормальной работы скважин.

Однако в силу ряда обстоятельств (недостаточный объем и эффективность применяемых мероприятий и т. д.) указанные методы не всегда достигают своей цели и в скважинах нередко образуются песчаные пробки, ведущие к срыву эксплуатации. В этих случаях для восстановления эксплуатации приходится прибегать к четвертой группе методов —к ликвидации песчаной пробки.

Одним из эффективных способов борьбы с пескопроявлением является оборудование продуктивных интервалов скважин противопесочными фильтрами

Противопесочные фильтры применяемые в нефтяных скважинах, должны отвечать следующим требованиям :

- должны отвечать высокой пропускной способностью ;

- поры ячеек не должны заливаться или закупориваться песком и илистыми частицами ;

- быть прочными ,антикоррозионными ,дешевыми и проытми по конструкции .

При применении гравийных фильтров в виде щелевых с гравийной обсыпкой в соответствии с мировой практикой для месторождения Кумколь можно дать следующие рекомендации по конструктивным размерам щелей и диаметру гравия:

-диаметр щелей принимать равным двукратному диаметру 50 % отсева

песка (медианный диаметр) или 0,5 мм;

-диаметр гравия принимать равным 8-10 кратному диаметру 90%-ного отсева на кривой гранулометрического состава пластового песка (0,25

мм) или 2,0-2,5 мм.

Один из противопесочных фильтров -гравийные фильтры могут выполнить свое назначение только при правильном подборе размеров зерен гравия с учетом фракционного состава пластового песка. Размер зерен гравия должен быть таким, чтобы через фильтр не выносились из пласта частицы, составляющие скелет породы, т. е. фильтр должен задерживать по массе 70—80 % крупных частиц породы пласта и пропускать не более 20—30 % мелких частиц. При этом условии будет сохранена устойчивость скелета пласта.

Гравийный противопесочный фильтр (Приложение) состоит из наружной трубы 4 с отверстиями 8,служащими для входа жидкости из скважины в фильтр. К трубе 4 в верхнем конце присоединен переводник 3, а в нижнем –седло песочного клапана. Средняя труба 6 с отверстиями 9 приварена к проводнику 3. Верхним концом труба 6 ввертывается в муфту 1 штангового насоса ,а нижним входит в седло 10 песочного клапана фильтра. Внутренняя труба 7 с мелкими отверстиями верхним концом ввертывается через ниппель в конус приемного клапана штангового насоса. Конус 11 песочного клапана прижимается к своему седлу специальной пружиной 12, имеющейся на штоке 13. Пространство 5,образуемой между средней и наружными трубами, заполняется гравием.

Пройдя отверстие наружной трубы 4, жидкость поступает в пространство, заполненное гравием , и, дойдя до отверстия 9, перетекает внутрь средней трубы 6, являющейся сборной камерой. Отверстия 2 служат для выхода газа, скопившегося в верхней части фильтра. Из сборной камеры жидкость через отверстия внутренней трубы поступает в прием штангового насоса. Патрубок 14,имеющей боковые окна, соединяет между собой седло 10 и башмак песочного клапана. При очистке камеры между трубами 4 и 6 или зарядке ее новым гравием отвертывают седло 10. В сборной камере песок , шедший через фильтр, осаждается и по мере накопления, осаждается и по мере накопления сбрасывается а забой.

При применении этого метода борьбы с пескопроявлением важным конструктивным аспектом является правильный выбор ширины щелей или размера пор гравия по отношению к диаметру частиц выносимого из пласта песка.

Для выноса мелких частиц необходимо одновременное соблюдение двух условий:

- Размеры пор, образованных крупными зернами песка (или гравия),должны быть больше мелких частиц, выносимых фильтрационным потоком. Соотношение между размерами крупных и мелких частиц породы, при которых возможен вынос мелких частиц, называется структурным критерием

- Скорость фильтрационного потока должна быть достаточной,чтобы не

только сдвинуть с места мелкие частицы, но и придать им на весьма малом участке пути скорость, равную средней скорости потока.

-Скорость потока, удовлетворяющая этим условиям, называется критической скоростью выноса (механическим критерием выноса).

Применение щелевых фильтров с гравийной насыпкой не требует

специальной конструкции забоя скважин.

Гравийные фильтры могут длительно и эффективно работать при небольшой концентрации песка и ила ( менее 0,2, %) в жидкости либо в скважинах с относительно большим содержанием песка, но эксплуатирующихся периодически.

Проволочный противопесочный фильтр состоит из корпуса с продольными щелями шириной 3-4 мм и длиной 150 мм. На корпус ,имеющий наружную резьбу ,наматывают проволоку d2 мм. При этом между проволоки образуется щель шириной 0,25-0,30 мм и длиной 3-4 мм. Проволочные фильтры можно использовать в скважинах с небольшим содержанием песка.

Наряду с остальными методами для борьбы с вредным влиянием песка применяют приспособления, устанавливаемые перед приемным патрубком насоса, называемые песочными якорями. В песочном якоре (Приложение) жидкость изменяет направление движения на 180°, песок отделяется и скапливается в специальном кармане в нижней части якоря. При заполнении кармана песком якорь извлекают на поверхность и очищают. Условием эффективной работы песочного якоря является существование в якоре скорости восходящего потока жидкости, меньшей скорости оседания частиц песка. По опытным данным эффективность обращенного якоря (Приложение) выше прямого, так как в нем благодаря насадке создается повышенная скорость потока с песком, направленная вниз. В результате условия оседания песка улучшаются.

В условиях интенсивного пескопроявления для защиты приема насоса рекомендуется газопесочный скважинный сепаратор N-3268 с пружинным противопесочным фильтром и контейнером для сбора песка. Активная часть фильтра регулируется в зависимости от фракционного состава песка и снабжена узлом гидроимпульсной регенерации, обеспечивающим декольлматацию фильтрующего элемента. Сепарационная способность по газу-до 150 м³/ м³ свободного газа.

Поставщик предлагаемого скважинного оборудования -малое предприятие “Нефтемикс ”(г.Актау).

За последние годы в нефтепромысловой практике получил довольно широкое распростронение метод борьбы с песком, заключающийся в закачке в пласт (в призабойную зону) грубозернистого песка или даже гравия в смеси с вязкой жидкостью; после задавливания его за колонну в скважину спускают хвостовик или сетку для удержания песка в пласте.

Многочисленные мероприятия по борьбе с песком, применяемые в практике, носят сугубо профилактический характер, т.е. применяются, как правило, до ввода скважин в эксплуатацию и составляют неотъемлемую часть работ по закачиванию скважин. Под этим термином подразумевают все операции по вызову притока жидкости с момента вскрытия продуктивного объекта. Сюда входят:

- разбуривание продуктивного горизонта;

- спуск и цементирование эксплуатационной колонны;

- установка гравийного фильтра (или других фильтров для борьбы с песком);

- освоение скважины.

Осуществление различных профилактических методов борьбы с песком с самого начала ввода скважины в эксплуатации обеспечивает высокую эффективность этих методов.