3. При пескоструйной перфорации НКТ испытывают большие напряжения.Усилия в муфтовом соединении НКТ в верхнем - наиболее опасном сечении от веса колонны НКТ и давления жидкости не должны превосходить усилия, страгивающего резьбовое соединение муфт, Рстр.Общие гидравлические потери при гидропескоструйной перфорации складываются из следующих: P1 - потерь давления на трение в НКТ при движении песчано-жидкостной смеси от устья до пескоструйного аппарата; ΔP - потерь давления в насадках, определяемых по графикам или расчетным путем; P2 - потерь на трение восходящего потока жидкости в затрубном кольцевом пространстве; P3 - противодавления на устье скважины в затрубном пространстве Так как гидростатические давления жидкости в НКТ и кольцевом пространстве при работе по замкнутой системе уравновешены, то давление нагнетания на устье Pу будет равно сумме всех потерь: . (4.26)Величина P1 определяется по формулам трубной гидравлики , (4.27)где коэффициент трения λ определяется как обычно, через число Re, но увеличивается на 15 - 20% вследствие присутствия песка в жидкости; L - длина НКТ; dв - внутренний диаметр НКТ; vт - линейная скорость потока в НКТ, vт = 4Q/(πdв2); ρ - плотность песчано-жидкостной смеси.Величина ΔP определяется по графикам (см. рис. 4.9). Величина Р2 также определяется по формуле трубной гидравлики для движения жидкости по кольцевому пространству , (4.28)где Dв - внутренний диаметр обсадной колонны, dн - наружный диаметр НКТ.vк = 4Q/(π(Dв2 - dн2)) - линейная скорость восходящего потока жидкости в кольцевом пространстве, которая не должна быть меньше 0,5 м/с для полного выноса песка и предупреждения прихвата труб.Во ВНИИ были определены суммарные потери на трение (Р1 + Р2) в реальных скважинах при прокачке водопесчаных смесей (рис. 4.11). Суммарный расход жидкости равен произведению числа действующих насадок n на расход жидкости через одну насадку qж: . (4.29)Например, при шести насадках и расходе через одну насадку 4 л/с общий расход составит 24 л/с, а потери на трение в скважине глубиной 1700 м при 168-мм колонне и 73-мм НКТ составит около 8,2 МПа (см. рис. 4.11). При расходе через 4,5-мм насадку, равном 4 л/с, перепад давления в насадках ΔP составит около 40,0 МПа (см. рис. 4.11).
При выборе перепада давления в насадках следует иметь в виду, что нижний предел допустимых перепадов должен обеспечить эффективное разрушение колонны, цементного камня и породы, а поэтому не должен быть меньше 12,0 - 14,0 МПа для 6-мм насадок и 18,0 - 20,0 МПа для насадок 4,5 и 3 мм. При очень большой прочности горных пород (σсж> 20,0 - 30,0 МПа) нижние пределы, как показывает опыт, целесообразно увеличить до 18,0 - 20,0 МПа для 6-мм насадки и 25,0 - 30,0 МПа для 4,5-и 3-мм насадки.Рис. 4.11. Потери давления в трубах и межтрубном пространствепри прокачке водопесчаной смеси на каждые 100 м длины:1 - для 140-мм колонны и 73-мм НКТ; 2 - для 140-мм колонны и 89-мм НКТ;3 - для 168-мм колонны и 73-мм НКТ; 4 - для 168-мм колонны и 89-мм НКТДля точной установки перфоратора против нужного интервала применяют в колонне НКТ муфту-репер. Это короткий (0,5 - 0,7 м) патрубок с утолщенными стенками (15 - 20 мм), который устанавливают выше перфоратора на расстоянии одной или двух труб. После спуска колонны НКТ в нее опускают на кабеле малогабаритный геофизический индикатор, реагирующий на утолщение металла. Получая таким образом отметку муфты-репера, определяют положение перфоратора по отношению к разрезу продуктивного пласта. Однако при этом необходимо учитывать дополнительное удлинение НКТ при создании в них давления. Это удлинение, пропорциональное нагрузке, определяется формулой Гука , (4.30)где Ру - давление на устье скважины; F - площадь сечения НКТ; L - длина НКТ; Е - модуль Юнга, Па (обычно 20 •104 МПа); f - площадь сечения металла труб, м2; z - коэффициент, учитывающий трение труб о стенки обсадной колонны (принимают 1,5 - 2).Эти дополнительные удлинения могут быть значительными и достигать 1 м.При гидропескоструйной перфорации применяется то же оборудование, как и при гидроразрыве пласта. Устье скважины оборудуется стандартной арматурой типа 1АУ-700, рассчитанной на рабочее давление 70,0 МПа. Для прокачки песчано-жидкостной смеси используются насосные агрегаты, смонтированные на платформе тяжелых грузовых автомобилей 2АН-500 или 4АН-700, развивающие максимальные давления соответственно 50 и 70 МПа. При меньших
давлениях используют цементировочные агрегаты, предназначенные для цементировочных работ при бурении. Число агрегатов n определяется как частное от деления общей необходимой гидравлической мощности на гидравлическую мощность одного агрегата, причем для запаса берется еще один насосный агрегат,
, (4.31)
где Q - расчетный суммарный расход жидкости; Pу - давление на устье скважины; qа - подача одного агрегата на расчетном режиме; Ра - давление, развиваемое агрегатом; η - коэффициент, учитывающий техническое состояние насосных агрегатов и их износ η = 0,75 - 1. Агрегат 4АН-700 снабжен дизелем мощностью 588 кВт при 2000 об/мин трехплунжерным насосом 4Р-700 с диаметрами плунжеров 100 или 120 мм. Ход плунжера 200 мм. Коробка передачи имеет четыре скорости. Характеристика агрегата приведена в табл. 4. 1. Песчано-жидкостная смесь готовится в пескосмесительном агрегате (2ПА; ЗПА и др.), который представляет собой бункер для песка емкостью 10 м3 с коническим дном. В нижней части
Таблица 4.1
Характеристика насосного агрегата 4АН-700
Скорость
|
Частота вращения, 1/мин
|
Теоретическая подача, л/с, при втулках
|
Давление, МПа
|
100 мм
|
120 мм
|
100 мм
|
120 мм
|
1
|
80
|
6,3
|
9
|
71,9
|
50,0
|
2
|
109
|
8,5
|
12,3
|
52,9
|
36,6
|
3
|
153
|
12,0
|
17,3
|
37,4
|
26,0
|
4
|
192
|
15,0
|
22,0
|
29,8
|
20,7
|
* Примечание: к. п. д. агрегата - 0,83; коэффициент наполнения - 1; частота вращениявала двигателя - 1800 1./мин.бункера вдоль продольной оси установлен шнек. Скорость вращения шнека ступенчато изменяется от 13,5 до 267 об/мин. В соответствии с этим подача песка изменяется от 3,4 до 676 кг/мин. Кроме того, агрегат снабжен насосом 4НП (насос песковый) низкого давления для перекачки песчано-жидкостной смеси. Бункер со всем оборудованием смонтирован на шасси тяжелого автомобиля.
Специальные рабочие жидкости завозят на скважину автоцистернами или приготавливают в небольших (10 - 15 м
3) емкостях, установленных на салазках. В обвязку поверхностного оборудования монтируют фильтры высокого давления - шламоуловители, предупреждающие закупорку насадок крупными частицами породы. Песчано-жидкостная смесь готовится тремя способами:
-
с повторным использованием песка и жидкости (закольцованная схема);
-
со сбросом отработанного песка с повторным использованием жидкости;
-
со сбросом жидкости и песка.
Наиболее экономична закольцованная схема, так как при этом расходы жидкости и песка минимальные. Кроме того, при использовании специальных жидкостей (нефть, раствор кислоты, глинистый раствор и др.) не загрязняется территория. Для сравнения можно привести фактические данные, полученные на Узеньском месторождении. При работе по кольцевой схеме было израсходовано 20 м
3 воды и 4,1 т песка, а при работе со сбросом воды и песка потребовалось 275 м
3 воды и 14 т песка.Схема (рис. 4.12) предусматривает также необходимые операции по промывке скважины как через колонну НКТ, так и через кольцевое пространство. Обязательным элементом схемы обвязки является установка обратных клапанов на выкидных линиях агрегатов и лубрикатора или байпаса для ввода шаров-клапанов пескоструйного аппарата.Рис. Схема обвязки поверхностного оборудования при работе по замкнутому циклу:1 - АН-700; 2 - ЦА-320; 3 - шламоуловитель; 4 - пескосмеситель; 5 - емкость;6 - скважина; 7 - обратный клапан; 8 - открытые краны; 9 - закрытые краныВ качестве рабочей используют различные жидкости, исходя из условия ее относительной дешевизны, предотвращения ухудшения коллекторских свойств пласта и открытого фонтанирования. Состав жидкости устанавливают в лабораториях. Для целей ГПП используют воду, 5 - 6%-ный раствор ингибированной соляной кислоты, дегазированную нефть, пластовую сточную или соленую воду с ПАВами, промывочный раствор. В случае если плотность рабочей жидкости не обеспечивает глушение скважины, добавляют утяжелители: мел, бентонит и др.Объем рабочей жидкости принимается равным 1,3 - 1,5 объема скважины при работе по замкнутому циклу. При работе со сбросом объем жидкости определяют из простого соотношения
, (4.32)где qн - -принятый расход жидкости через одну насадку; n - число одновременно действующих насадок; t - продолжительность перфорации одного интервала (15 - 20 мин); .N - число перфорационных интервалов.Количество песка принимается из расчета 50 - 100 кг песка на 1 м3 жидкости.Процесс ГПП связан с работой насосных агрегатов, развивающих высокие давления, и в некоторых случаях с применением горячих жидкостей. Поэтому проведение этих работ регламентируется особыми правилами по охране труда и пожарной безопасности, несоблюдение которых может привести к очень тяжелым последствиям. Перед началом работ обязательна опрессовка всех коммуникаций на давление, в 1,5 раза превышающее рабочее. ГПП осуществляют, начиная с нижних интервалов.Пескоструйная перфорация в отличие от кумулятивной или пулевой перфорации позволяет получить каналы с чистой поверхностью и сохранить проницаемость на обнаженной поверхности пласта. Громоздкость операции, задалживание мощных технических средств и большого числа обслуживающего персонала определяют довольно высокую стоимость этого способа перфорации и сдерживают ее широкое применение по сравнению с кумулятивной перфорацией.