книги / Решение практических задач при бурении и освоении скважин

П р и м е р 3.1. Рассчитать параметры резки для образования каналов по условиям примера 2.1 и — 150 мм; I, = 187 мм; и = б отверстий на 1 м, чтобы обеспечить <рс, = 0,8. Гидропе­ скоструйную перфорацию производят водой с песком концен­ трацией 40 кг/м , АП на 73-мм НКТ, незаякоренный (открытые условия перфорации).

Решение

1. Для представленных условий рассчитаем, как изменяется длина канала во времени относительно максимальной.

По формуле (6.148) при А = 0,0331 и В = 0,0051

данного примера найдем /( = 1,5 4,5(31,6-425/ 94 - 1) = 102 мм. Для

Ар = 30, 35 и 40 МПа значение I, будет составлять соответствен­ но 114; 123 и 132 мм, а для этих же значений Ар и dg = 6 мм дли­ на канала I, = 136; 152; 164 и 176 мм.

4. Сравнивая полученные результаты расчетов длины каналов I, с необходимой длиной каналов (см. табл. 6.15), отмечаем, что ГПП следует проводить при Ар = 30 МПа или Ар — 35 МПа через насадки диаметром d„ = 6 мм.

П р и м е р 3.2. Рассчитать параметры резки для образова­ ния каналов ГПП глинистым раствором с песком (50 кг/м3). Ос­ тальные данные и требования к параметрам перфорации ана­ логичны указанным в примере 3.1.

521

Решение

1. Обоснуем значение некоторых параметров ГПП: для от­ крытых условий ГПП Сгп = 1,5; во время применения смеси глинистого раствора с песком Кгп = 3000. Для t = 15; 30; 45 и 60 мин значениеJn(t) соответственно составляет 0,70; 0,82; 0,87 и 0,90. Выбираем t = 45 мин, для которого свойственен наиболь­ ший прирост длины канала.

2. Преобразуем формулу (6.149) с учетом обоснованных зна­

чений параметров:

/

/,=l,5rfu 1542 0,87

\

3.Для do —4,5мм и Ар = 25МПа по преобразованной формуле

вп. 2 данного примера найдем /, - 1,5-4.5(24,5%/25/94 -1) = 78 мм.

Для асж= 94 МПа, Ар = 30; 35 и 40 МПа I, будет составлять 85;

93 и 100 мм; для этих же значений Ар и d0 = 6 мм длина кана­ ла I, будет равняться соответственно 104; 114; 124 и 133 мм.

4. Сравнивая полученные максимальные длины каналов ГПП при использовании глинистого раствора (/, = 133 мм для Ар = 40 МПа и do = 6 мм) с необходимыми параметрами, кото­ рые обеспечивают <рс = 0,8, по табл. 6.15 находим /, = 137 мм при п = 6 отверстий на 1 м. Приходим к выводу, что такой спо­ соб ГПП целесообразен только при максимальных техноло­ гических режимах резания. При таких условиях существенно изнашивается оборудование и нестабильно работает техника, поэтому проводить ГПП очень прочных пород на глинистом растворе нерационально.

П р и м е р 3.3. Рассчитать параметры резки для образова­ ния каналов ГПП в известняке с асж= 45 МПа отработанным раствором с добавкой барита плотностью р = 1500 кг/м3 и пе­ ска (50 кг/м3) через насадки с dft = 6 мм.

Решение

1. Принимаем следующие значения некоторых параметров ГПП: Сгп — 1,5; Кгп = 3000 и длительность образования кана­ лов t = 30 и 45 мин, значение f 0(t) для которых соответствен­ но равно 0,82 и 0,87.

2. Преобразованная формула (6.149) имеет вид, как в при­ мере 3.2.

522

3. Для асж= 45 МПа при d0= 6мм, t = 30 мин. и Ар — 20; 25; 30 и 35 МПа значение /, будет составлять 128; 145; 160 и 173

мм; для этих же значений Ар и d0 при t = 45 мин значения I, будут равняться 137; 154; 170 и 184 мм соответственно.

4. Полученные длины каналов ГПП во время перфорации через насадки с d„ = 6 мм за t = 45 мин. свидетельствуют о том, что все они соответствуют условиям задачи. Таким обра­ зом, ГПП с использованием глинистого раствора с песком по­ род средней прочности, подобно ГПП очень прочных пород с водопесчаной смесью, целесообразно производить, применяя перечисленные режимы резки.

Задача 4.

Рассчитать режимы работы насосных агрегатов и количество спецтехники для ГПП.

Расчет производят по заданному перепаду давления на на­ садках определенного диаметра и для выбранного числа наса­ док, учитывая первую снизу от забоя скважины глубину от­ верстия ГПП, диаметр и толщину стенок эксплуатационной колонны и НКТ.

Вначале рассчитываем расход жидкости (м3/с) во время рез­ ки через насадки АП по формуле (6.140)

Члп =0,785аГ0й<//ц<1//^2.10 Ар/ р(М.

Обычно принимают число насадок, при котором затра­ ты жидкости не превышали бы 0,025 м3/с для ограничения

Плотность смеси жидкости с песком (кг/м3) определяют по формуле

где Спск — концентрация песка в жидкости, кг/м3. Значение давления (МПа) на устье скважины рассчитыва­

ем по уравнению (6.142)

р ^ А р + Арт?

Значение АрТР определяют из преобразованной формулы

523

Дарси—Вейсбаха как сумму гидропотерь в НКТ и затрубном пространстве:

ф к -2Ьк -dT)\D K -28K+dT)1,75

где НАП — глубина нижнего отверстия перфорации, м; dT— внешний диаметр НКТ, м; 8Г —толщина стенки НКТ, мм; DK— внешний диаметр обсадной колонны, мм;

Рем ~~ вязкость жидкости без песка, мПа-с.

Рассчитанное по формуле (6.142) давление на устье сравни­ ваем с характеристикой насосных агрегатов и допустимым дав­ лением, вычисленным по формулам (6,144) и (6.143), когда при­ нимаем решение о режиме их работы,

Можно также рассчитать необходимое давление опрессов­

где qa„ — затраты жидкости насосного агрегата во время нагнетания на такой скорости, для которой рабочее давление меньше расчетного.

Частота вращения коленчатого вала насосного агрегата для 4АН-700 составляет 1300—1500 об/мин.

Число обслуживающих агрегатов, которые подают жидкость с низким давлением на пескосмесительную машину (цементи­ ровочный агрегат) пца, определяют по формуле

Кроме указанных агрегатов используют блок манифольда, СКУ и автоцистерны для перевозки жидкостей. Схема обвяз­ ки оборудования изображена на рис. 6.21.

Пр и м е р 4Л. Рассчитать режим работы во время ГПП

сАр — 30 и 35 МПа через насадки с d0 = 6 мм. При этом кон­ центрация песка в воде С„ск = 50 кг/м3; плотность зерен песка Рига- = 2650 кг/м3; плотность воды рж = 1000 кг/м3; глубина установки АП для ГПП в скважине 2500 м; внешний диаметр

эксплуатационной колонны DK — 146 мм с толщиной стенки Ък = 10 мм; внешний диаметр НКТ составляет 73 мм с толщи­ ной стенки Ът= 5,5 мм; вязкость воды рж= 1 мПа • с.

524

13

Рис. 6.21. Схема обвязки оборудования при ГПП:

1 —гидропескоструйный аппарат; 2 —муфта-репер; 3 - обсадная колонна; 4 —НКТ, 5 - сальник устьевой; 6 — обратный клапан; 7 —фильтр для песка; 8 - насосные агрегаты высоконапорные; 9 —блок манифольда; 10 —пескосмеснтель; И —насосные агрегаты низкого давления; 12 —выкидная линия в емкость; 13 — сито для улавливания шлама; 14 — емкость для жидкости.

Решение.

1. Найдем плотность смеси жидкости с песком. Для этого вначале рассчитаем Онс по формуле (6.153)

По уравнению (6.152)

рш = 0,0185(26501000)+ 1000= 1030 кг/м3.

2. Расход жидкости qAHчерез все 6-мм насадки АП рассчи­ тываем по формуле (6.140), принимая п = 4:

Чан =0,785 0,00б2-40,89л/2 106-30/1030 = 0,0242, мъ!с ~2Ъ л!с.

3. Вычисляем гидравлические потери во время циркуля­ ции жидкостнопесчаной смеси через НКТ вниз до АП и по затрубному пространству вверх к устью скважины по формуле (6.154). Для этого предварительно рассчитываем вязкость сме­ си жидкости с песком по формуле

Реи = l-eX180-0185 = ЮвмПас,

Ар = 20,8 МПа.

4. Ожидаемое давление на устье во время ГПП находим по формуле (6.142)

525

pr = 30 + 20,8 = 50,8 МПа.

5. Сравниваем давление и затраты жидкости насосных аг­ регатов 4АН-700 с необходимыми параметрами для ГПП. По техническим возможностям допустимо проводить ГПП па II

рап- 1,5 ■50,8 - 76,2 МПа.

Таким образом, для опрессовки необходимо использовать агрегат АЦФ (производство Румынии) с рабочим давлением

рАН = 100 МПа.

7. Рассчитаем необходимое количество насосных агрегатов 4АН-700 во время их работы на II скорости (рг = 54МПа и q — 5,5 л/с) для частоты 1300 об/мин. с коэффициентом напол­ нения насосов 0,9 по формуле (6.157)

пАН=(25/5,5 + 1)*6.

8. Число вспомогательных агрегатов, например ЦА-320, оп­ ределяем по формуле

па а = п 4 и / 2 = 3агрегата.

9. Кроме указанных агрегатов для проведения процесса не­ обходимы пескосмесительный агрегат (например, 4ПА), блок манифольда (4БМ-700), станция контроля цементирования для записи давления на устье во время ГПП, автоцистерны.

Задача 5.

Рассчитать продолжительность процесса ГПП и потребность в жидкости и материалах.

Для проведения ГПП используют жидкости, которые не уменьшают проницаемость перфорированных пород и име­ ют небольшую вязкость. Для пористых коллекторов пригодна пресная (техническая) вода с ПАВ, пластовая вода или водный 0,5—1,0 %-ный раствор солей хлористого кальция с ПАВ, ли­ бо 0,2—0,4 %-ный раствор ПАВ; для трещиноватых коллекто­ ров с аномально высокими давлениями — глинистый раствор с абразивным материалом (песком, гематитом). Плотность жид­ кости для ГПП подбираем так же, как и для ремонтных работ в скважинах.

Для расчета количества жидкости и песка следует знать сле­ дующие характеристики АП: число насадок пАП; их диаметр d„; расстояние между насадками АП 1ЛП; расход жидкости через все насадки qAn; концентрацию песка в жидкости Спск.

526

Число установок АП для образования каналов ГПП рассчи­ тывают по формуле

где h,a —толщина перфорированных ГПП пластов, м; и —чис­ ло перфораций ГПП. отв/м; пли — количество насадок в АП.

Объем жидкости для ГПП по закольцованной схеме опре­

где VCK„, —объем скважины; DK —внешний диаметр колон­ ны, м.

Если жидкость вторично не используется, то

(6.162)

где qA„ —расход жидкости во время ГПП, м3/мин; t —дли­ тельность ГПП в течение одной резки, мин; 1,3 —коэффициент запаса жидкости для промежуточной промывки скважины.

Количество песка для ГПП (без вторичного использования жидкости)

где Спск — концентрация песка в жидкости, 30—50 кг/м3. Продолжительность процесса ГПП рассчитывают как сум­ му времени резания и времени промывания скважины. Если ГПП проводят за один светлый день работы спецтехники (в летний период 10—12 ч), то необходимо вызвать циркуляцию в скважине перед ГПП в количестве объема НКТ. Время цирку­

ляции определяют следующим образом:

где dT — внешний диаметр НКТ, м; 8Г — толщина стенки НКТ, м; НАИ —глубина спуска НКТ, м.

Промежуточные промывки производят перед поднятием перфоратора для последующей резки. Высота подъема НКТ во время ГПП одного интервала

где 1ап — расстояние между крайними насадками АП, м; Мап —расстояние по вертикали между двумя соседними верх­ ним и нижним каналами ГПП после поднятия АП для после­ дующей резки.

В АП-6М расстояние между соседними насадками состав­ ляет 0,1 или 0,2 м.

527

Продолжительность промывок (мин) перед очередным под­ нятием АП для последующей резки вместе с временем перехо­

где ian- 1 —число резаний, после которых требуется частич­ ная промывка длительностью 0,3t мин.; 15 мин. — время под­ нятия НКТ с АП для новой резки.

Продолжительность промывки жидкостью в объемах сква­ жины после ГПП:

Подготовительные и завершающие работы длятся 60 — 120 мин. Зная потребность в материалах, продолжительность работ и перечень спецтехники, рассчитывают стоимость про­ цесса ГПП в целом.

П р и м е р 5.1. Проектируется ГПП в скважине с обсадной колонной внешним диаметром DK — 146 мм и толщиной стен­

единенных переводным патрубком, который спускают на глу­ бину 2514 м с четырьмя 6-мм насадками по следующей схеме. Звездочками отмечены насадки, размещенные в АП спираль­ но через 90°,

образом, плотность ГПП и = 4 отверстия на 1 м, расход жидко­ сти; qA,7 = 1,5 м3/мин.; время резки t = 45 мин. для одной уста­ новки АП; концентрация песка в жидкости Спск — 50 кг/м3.

Решение

1. Рассчитаем число резаний по формулам (6.159) и (6.166)

528

144

4 = 14,

или

"(0,8+0,2)

2.Количество жидкости для ГПП со сливом жидкости в ем­ кость (см. рис. 6.21) определяют по формуле (6.161)

Угп = 2 Ускв = 2 • 0,785(0,146- 2 • 0,01)22514 = 62,7 = 63 м3.

3. Массу песка для ГПП рассчитывают по уравнению

(6.163)

Grn = Ю"3■1,5-45 • 14-50 s 47 т.

4. Продолжительность процесса циркуляции жидкости перед ГПП с учетом (6.164)

tUPK= 1,5• 0,785(0,073 - 2 • 0,0055)2 2514/1,5 = 7,6 мин.

5. Продолжительность поднятий перед переходом к новой резке определяют по формуле (6.167)

*пдн = (0.3 ■45 + 15)(14- 1) = 370,5 мин.

6. Длительность промывания после ГПП рассчитываем по зависимости (6.168)

tUPM= 1,5 • 31,3/1,5 = 31,3 мин.

7. Полная продолжительность процесса согласно (6.169)

Тгп= 7,6+ 14• 45 + 370,5 + 31,3 = 1040мин.

Поскольку ожидаемая продолжительность ГПП 1040/60 = 70 ч., то процесс будет продолжаться два дня (каждый день по та­ кой схеме):

Т = 7,6 + 7,45 + 370/2 + 31,3 - 539 мин.

Кроме того, требуется еще около 100 мин. на подготови­ тельно-заключительные работы.

6.6. КИСЛОТНАЯ ОБРАБОТКА КОЛЛЕКТОРОВ

(Acidizing of wells)

Кислотная обработка (КО) — это метод увели­ чения проницаемости призабойной зоны скважины путем рас­ творения составных частиц породы пласта, а также инородных частиц, которыми загрязнены породы.

Кислотную обработку применяют для увеличения прони-

цаемости карбонатных и песчаных коллекторов в нефтегазодо­ бывающих и нагнетательных скважинах в период их освоения после бурения, во время эксплуатации и ремонтных работ.

Для обработки карбонатных коллекторов преимущественно применяют солянокислотные растворы (СКР), а для песчаных коллекторов после СКР закачивают глинокислотные растворы (ГКР). Такие виды обработки называются соответственно со­ лянокислотными (СКО) и глинокислотными (ГКО).

Химически активной основой перечисленных кислотных растворов (КР) является соответственно соляная кислота (10— 30% НС1) и смесь соляной (10—15% НС1) и плавиковой (1—5% HF) кислот.

Для проведения КО в скважину спускают 62—73-мм НКТ в большинстве случаев к нижнему перфорационному отверстию обрабатываемого интервала. Устье скважины оборудуют арма­ турой для обвязывания труб с колонной и обратным клапаном на входе в полость НКТ. Напорная сторона насосного агрегата ЦА-320, 4АН-700 или другого агрегата обвязывается через об­ ратный клапан с полостью НКТ, а принимающая —с кислотовозом (Аз-ЗОА) и автоцистернами (4ЦР, АП), в которых транс­ портируются кислотные растворы и продавочные жидкости. Нагнетательные трубопроводы опрессовываются давлением, в 1,5 раза превышающим ожидаемое давление нагнетания жид­ костей в скважину.

При планировании КО необходимо знать растворимость по­ род в кислоте. Например, известно, что 1 м3 различных кислот растворяет: 15%-ная НС1 — 200 кг известняка СаСОэ или око­ ло 70 кг легкорастворимой части эоценового песчаника, содер­ жащего 89% Si02, 3% карбонатов и 7% глин; 4%-ная HF —48 кг каолина; 10%-ная НС1 + 1%-ной HF — 70 кг глинопорошка, со­ стоящего из гидрослюды и монтмориллонита.

Если после обработки излишком СКР применить ГКР, то 1 м3 10%-ной НС1 + 1%-ной HF растворяет 36 кг эоценового пес­ чаника. Увеличение концентрации HF в ГКР до 3% обеспечивает увеличение его растворимости до 51 кг, а до 5% —до 66 кг.

Приведенные данные используют при расчетах объема кис­ лотных растворов и оценках возможной глубины проникнове­ ния активной части кислоты в пласт.

Продукты реакции вызывают снижение проницаемости по­ род после КО, если они откладываются в поровом пространстве в виде геля либо твердой фазы или взаимодействуют с пласто­ выми флюидами, образуя осадки или эмульсии.

Во время взаимодействия соляной кислоты образуются:

с карбонатами пород —водорастворимые соли СаС12, МдС12, газ С 02, вода;

530