книги из ГПНТБ / Островский Я.М. Борьба с пробкообразованием в нефтяных скважинах на месторождениях Туркмении

мяк, доломит), то призабойная зона пласта в процессе эксплуатации почти не разрушается. Наибольшие изме­ нения, которые происходят в пласте и вызываются дви­ жением жидкости и газа, сводятся к вымыванию из но­ ровых каналов мелких и мельчайших частиц породы, которые легко выносятся па дневную поверхность вос­ ходящим потоком жидкости. Поэтому в скважинах, экс­ плуатирующих пласты с плотными породами, пробкообразоваиие не наблюдается. Такими породами сложеніи нефтеносные пласты месторождении Второго Баку.

Если породы, из которых сложены нефтеносные пласты, представляют собой рыхлые, слабосцементированные пески, то при движении жидкости по пласту последняя воздействует на песчинки, находящиеся на пути ее следования, отрывает их от скелета пласта и уно­ сит в скважину. Песок, попадая в скважину, частично вы­ носится на поверхность потоком жидкости, частично оседает в скважине, образуя песчанхю пробку. Увели­ чение отборов жидкости из скважин приводит к увели­ чению скорости потока в призабойной зоне, что влечет за собой более интенсивное разрушение пород пласта и движение песка в скважины. Однако увеличение отбо­ ров жидкости приводит также и к увеличению скорости восходящего потока по стволу скважины, т. е. создаются условия для выноса большего количества песка на по­ верхность. Таким образом, увеличивая до определенных пределов дебиты скважин, можно свести к минимуму пробкообразованне, транспортируя большую часть пес­ ка, поступающего из пласта в скважины, на поверхность восходящим потоком жидкости. Дальнейшее увеличение отборов приводит к такому интенсивному разрушению пород призабойной зоны, что несмотря на увеличиваю­

10

растает), пробкообразование в скважинах резко уве­ личивается. Такая закономерность ярко выражена для всех верхних горизонтов месторождений Кум-Даг и Не- бит-Даг, нефтяные пласты которых, как и нефтяные пла­ сты месторождений Азербайджана, сложены рыхлыми, слабосцементированными песками.

Образующиеся в скважинах песчаные пробки имеют большую плотность и чрезвычайно низкую фильтрацион­ ную способность. Мощность пробок бывает различна и достигает иногда нескольких сот метров. Плотность пробок обычно бывает различной по высоте.

Явление пробкообразовання может происходить в процессе эксплуатации скважины постепенно, сопро­ вождаясь постепенным снижением дебита, а также вне­ запно, с резким нарушением установленного режима эксплуатации вплоть до полного прекращения подачи скважиной продукции.

В результате непрерывного разрушения призабойной зоны и продвижения песка в скважину изменяются пер­ воначальное состояние и строение нефтяного пласта; в призабойной зоне образуются каверны и каналы, по которым проходит основная масса песка и жидкости в скважину. Причиной образования каналов является сгущение линий токов жидкости в породе в определен­ ных направлениях, вследствие неравномерной проницае­ мости последней. Наиболее интенсивно каналы обра­ зуются в начальный период эксплуатации скважин и в скважинах с меньшим интервалом фильтра.

Вынос частиц песка из призабойной зоны и образо­ вание в ней каналов приводит к увеличению ее пористо­ сти. При значительном выносе песка пористость этой зоны может достигнуть значительной величины, при ко­ торой достаточно небольшое сотрясение (изменение перепада давления), чтобы произошло внезапное оседа-

11

нііе пород призабойной зоны. При возникновении таких самопроизвольных осадок пород призабойной зоны вы­ шележащие породы теряют под собой опору, в резуль­ тате чего от них откалываются большие массы. Размеры отколовшейся массы породы зависят от характеристики вышележащих пород, величины и глубины разрушения пород в призабойной зоне.

Отколовшаяся масса породы-, имея под собой в мо­ мент оседания неустойчивое основание, приобретает подвижность не только в вертикальном, но и в горизон­ тальном направлениях. Все это приводит к явлениям слома и смятия колонн, вырыванию трубы из муфты и отводу колонны. Кроме того, указанные явления приво­ дят к разобщению продуктивного пласта от скважины, и сообщению между собой горизонтов, прорыву верхних вод, появлению ползучих пробок и т. д.

Агрессивное действие жидкости на породу пласта зависит не только от скорости движения жидкости в призабойной зоне, но также и от состава и свойств са­ мой жидкости. Если в продукции скважины имеется во­ да, последняя при движении в призабойной зоне раз­ рушает цементирующий материал породы, вымывает его и, тем самым, создает условия для движения песка и образования песчаных пробок. Причем, в этом случае пробки оказываются более плотными, чем в чистонеф­ тяных скважинах.

Кроме того, появление в продукции скважин воды снижает дебиты фонтанных скважин и, следовательно, уменьшается количество песка, выносимого на поверх­ ность, что при том же количестве песка, поступающего из пласта в скважину, приводит к увеличению пробкообразования. Наличие в продукции скважины воды сни­ жает также пескоудерживающую способность жидкости, что приводит к снижению количества песка, выносимого

12

СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ПРОБКООБРАЗОВАНИЕМ

Борьба с песком в нефтяных скважинах имеет такую же давность, как и сама промышленная эксплуатация скважин. Еще в прошлом веке с появлением первых нефтяных скважин появились и первые методы борьбы с песком. В основном, они сводились к отстою добытой нефти на поверхности, то есть к отделению нефти от песка, извлеченного вместе с ней из скважин.

Все существующие методы борьбы с пробкообразованием можно разделить на 3 основные группы:

I ..- Методы, направленные на обеспечение выноса на дневную поверхность всего количества песка, поступающего из пласта в скважину.

II — Методы, препятствующие поступлению песка из пласта в скважину.

III — Методы, направленные на закрепление песка в призабойной зоне пласта.

В первую группу методов входят подбор системы и конструкции подъемника или диаметра насосных труб, применение трубчатых штанг, подлив жидкости в зат­ рубное пространство и ряд других технологических мероприятий. В этом случае вопрос борьбы с пробкообразованием сводится к созданию таких скоростей вос­ ходящего потока жидкости в подъемных трубах, при которых обеспечивается вынос наиболее крупных фрак­ ций песка, поступающего из пласта.

Экспериментально установлено, что, если скорость потока в стволе скважины, насосе и подъемных трубах примерно в два раза выше скорости свободного падения песка в неподвижной жидкости, выпадение песка и осе­ дание его на забое не должно иметь места. Перечислен­ ные выше мероприятия и направлены на увеличение

14

скорости восходящего потока, что обеспечивает вынос поступающего из пласта песка и препятствует образо­ ванию песчаных пробок.

При применении трубчатых штанг жидкость, пройдя цилиндр насоса, попадает не в подъемные трубы, а в полость штанг, по которой и поднимается на поверх­ ность. В качестве штанг обычно применяются 1'/2" труб­ ки с наружным диаметром 48,26 мм. Второе преиму­ щество эксплуатации глубшшонасосных скважин при помощи трубчатых штанг (кроме увеличения скорости восходящего потока) заключается в следующем. При эксплуатации без трубчатых штанг жидкость все время

заклинивая плунжер. В случае примейения трубчатых штанг соприкосновение нагнетаемой жидкости с наруж­ ной стороной верхнего конца плунжера исключается, благодаря чему и исключается возможность заклинива­ ния плунжера песком; тем самым уменьшается износ втулок и плунжера - - увеличивается межремонтный пе­ риод скважин.

Подлив жидкости в затрубное пространство осу­ ществляется следующим образом. Насос или хвостовик спускают до фильтра скважины, а часть продукции скважины из замерной емкости или централизованной установки сбрасывается в затрубное пространство. Это дает возможность увеличить скорость движения жид­ кости в насосе и трубах, что способствует лучшему вы­ носу песка в струе жидкости. Производительность насо­ са при этом должна обеспечивать подъем как поступа­ ющей из пласта, так и подливаемой жидкости.

Для выноса песка на поверхность, а также для пре­ дотвращения поступления его в цилиндр насоса часто

15

используются песочные и комбинированные газопесочпые якоря, устанавливаемые под приемом насоса. Из скважины жидкость с песком поступает нисходящей струей в якорь по внутренней трубке, диаметром 3/1 — 7/8". В насос жидкость попадает по кольцевому сече­ нию корпуса якоря, площадь которого больше площади внутренней трубки. Вследствие поворота струи и умень­ шения ее скорости песок оседает в песочную камеру, откуда его удаляют по мере заполнения камеры после подъема насоса с якорем на поверхность. При большом количестве поступающего из пласта песка якори быстро забиваются, выходят из строя, требуется проведение частых спускоподъемных работ для чистки или замены якорей.

Для подъема жидкости, содержащей большое коли­ чество песка, возможно найдут применение так назы­ ваемые глубинные телескопические насосы с жидкост­ ным уплотнением. В этих насосах одна или две кон­ центрически расположенные калиброванные трубы движутся относительно третьей — неподвижной трубы. Трубы обрабатываются с зазором по диаметру до 0,54 мм, что позволит применять их в песочных скважи­ нах без риска заклинивания плунжера.

Общий недостаток всех методов I группы заключа­ ется в том, что вынос большого количества песка по дневную поверхность зачастую приводит к разрушению скелета пласта и обвалам кровли пласта, прорывам вод і'з верхних водоносных горизонтов, смятиям и сломам эксплуатационных колонн. Кроме того, вынос песка вызывает интенсивный износ оборудования (арматуры, глубинных насосов, штуцеров и т. д.).

Во вторую группу методов входят:

1) регулирование режима работы скважин с целью создания оптимальных скоростей и рабочих напоров в

16

призабойной зоне пласта, при которых поступление пес­ ка в скважины является минимальным;

2) оборудование забоя скважин специальными фильтрами, не допускающими бесконтрольного массо­ вого поступления песка из пласта в скважины;

применением забойного штуцера, устанавливаемого у устья скважин. Недостатком этого способа является то обстоятельство, что для обеспечения минимального поступления песка в скважины приходится ограничи­ вать отборы жидкости, а это иногда в значительной мере снижает использование потенциальных добывных возможностей скважин.

В борьбе с пескопроявленпем в неглубоких малоде­ битных скважинах с низкими уровнями используются всевозможные противопесочные фильтры (сетчатые, щелевидные, гравийные) с размерами щелей и зерен, соответствующим образом подобранными и отвечающи­ ми определенным фракциям песка данного эксплуата­

недостатки. Большинство фильтров в основном предназ­ начается для оборудования забоев скважин, выходящих из бурения.

Вначале (1932—1938 гг.) применялись фильтры щелевого типа (щелевые, проволочные, кольцевые, кно­

деидального сечения. Ширина щелей в зависимости от гранулометрического состава песка выбиралась от 0,іо до 2—3 мм.

Прорезание таких узких щелей, особенно фигурно­ го сечения, является сложной и трудоемкой операцией. Фильтры с широкими щелями (2—Злиі) обладают высо­ кой пропускной способностью, но плохо задерживают пластовой песок. Когда щели делаются очень узкими (0,15 мм), они создают большее сопротивление притоку жидкости и быстро засоряются.

В дальнейшем (1940—1948 гг.) для задержания пластового песка стали применять сыпучий пористый материал в виде гравия и крупнозернистого песка, так как гравийные фильтры обладают минимальным сопро­ тивлением потоку пластовой жидкости. Однако исполь­ зование в качестве фильтрующего материала гравия (или крупнозернистого песка) требует установки одно­ стенного металлического щелевого каркаса — лайнера (при оборудовании фильтра непосредственно на забое) или применения двухстенного корпуса с узкими щелями (для предварительно изготовляемых фильтров). И в том и в другом случае коррозийное разрушение щелей металлических каркасов приводит к быстрому выходу фильтров из строя. Кроме того, применение гравийных

гравийными фильтрами достигает 3—5% стоимости проводки скважин.

В настоящее время противопесочиые фильтры изго­ товляются из пористых материалов, частицы которых обладают жесткой связью, т. е. из материалов сцементи­ рованного типа.

С 1956 года в «Гипронефтемаше» проводятся работы но созданию металло-керамических фильтров. Фильтру-

18