Теоретическая часть. Песок (частицы породы) выносится из пласта в ствол скважины в результате разрушения пород, обычно рыхлых

Вводная часть

Песок (частицы породы) выносится из пласта в ствол скважины в результате разрушения пород, обычно рыхлых, слабосцементированных. Песок, поступающий в скважину, осаждаясь на забое, образует пробку, которая существенно снижает текущий дебит скважины.

Ликвидацию песчаных пробок относят к операциям по подземному (текущему) ремонту скважины и проводят промывкой скважин водой, различными жидкостями, газожидкостными смесями, пенами, продув­кой воздухом и т.д.

Для выполнения лабораторной работы необходимо знание следующих терминов:

· пласт;

· ствол скважины;

· дебит скважины;

· забой скважины;

· текущий ремонт скважины;

· наружный, внутренний, условный диаметры труб;

· эксплуатационные трубы, насосно-компрессорные трубы.

В работе приводятся следующие сокращения и обозначения

НКТ – насосно-компрессорные трубы

h – гидравлические потери

λ – коэффициент гидравлических сопротивлений

м. вод. ст. – метры водяного столба

! - знак “обратить внимание”

Для индивидуальной работы предложено 10 вариантов заданий (табл. 5.4.).

В алгоритме расчета приведен полный расчет промывки для 0 варианта.

Теоретическая часть

Выделяют прямую (рис. 1.1) и обратную (рис. 1.2) промывки скважин от песчаной пробки.

Прямая промывка - процесс удаления из скважины песка путем нагнетания промывочной жидкости внутрь спущенных труб (НКТ) и выноса размытой породы жидкостью через затрубное (кольце­вое) пространство. Для повышения эффективности рыхления пробок на конец колонны НКТ иногда навинчивают различные приспособления – насадки.

Обратная промывка скважин от песчаных пробок - процесс удаления песка из скважин с нагнетанием промывочной жидкости в затрубное (кольцевое) пространство и направлением входящего потока жидкости через промывочные трубы.

Расчет промывки ствола скважины состоит в определении гидравлических потерь напора в процессе движения жидкости. К потерям относятся потери напора в трубах, потери жидкости при движении в кольцевом пространстве, потери напора для уравновешивания разности плотностей жидкости в промывочных трубах и в кольцевом пространстве, потери напора в шланге и вертлюге, потери в насадке.

Алгоритм расчета

1) Выбор варианта задания по таблице 1.5.

2) Выбор насоса для промывки скважины (приложение 1). Необходимая подача (производительность) насоса – Q может быть выбрана из следующих условий:

· минимальной подачи насоса , так как считается, что минимальная производительность насоса обеспечивает скорость V выноса частиц песка с забоя;

· размыва песка струей из насадка - скорость жидкости принимается не менее 50 м/c; это условие справедливо только для прямой промывки:

, (1)

где V ≥50 м/c, S – площадь насадка (таблица 1.5.);

· скорость восходящего потока жидкости, которая должна превышать скорость падения частиц песка в жидкости, находящейся в покое.

3) Рассчитаем скорости восходящего и нисходящего потоков

V _, см/c (2)

Площадь поперечного сечения S – зависит от способа промывки.

4) Рассчитаем скорость подъема песчинок

V_n = V_в – W, м/с (3)

где V_n – скорость подъема песчинок;

V_в – скорость восходящего потока жидкости;

W – средняя скорость свободного падения песка в жидкости, определяемая экспериментально в зависимости от диаметра частиц песка.

Таблица 1.1

5) Определение гидравлических потерь при промывке

h₁ – потери напора в промывочных трубах

, м. вод.ст. (4)

где Н – длина промывочных труб (приближенно принимаем равной глубине скважины), м,

d – внутренний диаметр промывочных труб (НКТ), м,

V_н – скорость нисходящего потока жидкости в трубах, м/с,

ρ_ж – плотность жидкости, кг/м³,

λ – коэффициент гидравлического сопротивления (принимается по таблицам в зависимости от условного диаметра труб) (таблица 1.2)

Таблица 1.2

h2 – потери напора при движении жидкости с песком в кольцевом пространстве

, м. вод.ст. (5)

где φ – коэффициент, учитывающий увеличение потерь вследствие содержания в жидкости песка (φ = 1,12 1,2),

- внутренний диаметр эксплуатационной колонны, м,

- наружный диаметр промывочных труб (НКТ), м.

h₃ – дополнительные потери, связанные с разностью плотности жидкости

в трубах и затрубном пространстве в связи с наличием песка в восходящем потоке

, м. вод. ст. (6)

где m – объем пустот между частицами песка, занимаемый жидкостью (m =0,3 0,45),

F – площадь сечения обсадной колонки, м²,

l – высота пробки, промываемой за один прием (6 или 12 м – данная величина принимается студентом самостоятельно),

f – площадь сечения кольцевого пространства, м²,

– плотность песка (для кварцевого песка = 2650 2700 кг/м³),

V_в – скорость восходящего потока жидкости, м/с,

W – средняя скорость свободного падения песка в жидкости, определяемая в зависимости от диаметра частиц песка, м/с.

h₄ и h₅ – потери напора, соответственно для вертлюга и шланга зависят от подачи жидкости, определяются по опытным данным и могут быть приняты по табл. 1.3.

Таблица 1.3

h₆ – потери напора в наконечнике (насадке)

h₆ = , м. вод. ст. (7)

где - плотность жидкости, кг/м³;

Q – подача жидкости, м³ / с;

g – 9,8 м / с²;

= 0,9 – коэффициент расхода насадок;

- площадь сечения насадка, м².

- общие гидравлические потери при промывке

= h₁ + h₂ + h₃ + h₄ + h₅ + h_6,, м.вод.ст. (8)

6) Расчет времени, необходимого для подъема размытой породы на поверхность

T = H / V_n, (9)

где V_n – скорость подъема размытой породы.

7) По определенным и Q выбираем насос (приложение 1). Если насос уже был выбран ранее (пункт 2 алгоритма), необходимо проверить соответствие расчетных характеристик рабочим характеристикам выбранного насоса.

При несоответствии может быть принято следующее решение:

а) принять другой насос,

б) откорректировать характеристики промывочной системы и сделать пересчет гидравлической системы, подобрать соответствующий насос.

9) Выбор оборудования и инструмента для промывки скважины от песка:

Оборудование и инструмент выбирается по следующим параметрам из приложений 1, 4, 5, 6, 7:

а) подъемная установка – по грузоподъемности;

б) насос – по давлению и подачи;

в) ключи для свинчивания - развинчивания НКТ (ручные и механические) - по грузоподъемности и условному диаметру НКТ;

г) вертлюг - по грузоподъемности и условному диаметру НКТ;

д) элеватор - по грузоподъемности и условному диаметру НКТ.

Грузоподъемность определяется следующим образом:

,

где – глубина скважины;

- масса 1 кг труб;

- увеличение массы колонны труб на муфту;

- прочностной коэффициент (равен 1,5).

Так как подвешиваемая колонна НКТ в процессе промывки находится в жидкости, то необходимо уточнить грузоподъемность

,

где - вес тела в жидкости;

- вес тела в воздухе;

- удельный вес материала тела (для стальных труб );

- удельный вес жидкости ().

Данные по массе труб необходимо взять из приложения 2.

Примечание. При невозможности подобрать вертлюг точно на условный диаметр НКТ, подбирается оборудование на больший диаметр и ставится переводник – устройство для перехода от одного диаметра к другому.

ЗАДАНИЕ

Необходимо обосновать и выбрать для условий своего варианта (табл.1.4) оборудование для проведения промывки скважины от песчаной пробки: промывочный насос, подъемную установку, ключи для свинчивания-развинчивания НКТ (ручные и механические), элеваторы, вертлюги.

Таблица 1.5

Варианты задания к практической работе по выбору оборудования для промыва песчаной пробки

Приложение 1

Поиск по сайту: