Рис. 16. Щелевой фильтр из нержавеющей стали:

1 – труба;    2 – отверстия  в трубе;    3 – вкладыши;   4 – щели во вкладыше

В основ­ном применяются фильтры с вертикальными прямоугольными щеля­ми, которые расположены отдельными поясами по длине каркаса. Это обеспечивает по сравнению с другими возможными варианта­ми расположения щелей небольшие затраты времени на изготовле­ние фильтров и более высокую надежность в работе в период экс­плуатации вследствие более равномерного распределения нагрузки на отдельные пояса в период возникновения критических давлений (периоды интенсивной закачки или откачки растворов).

При оборудовании глубоких скважин (350 – 600 м) для предохра­нения фильтра от смятия под действием горного давления применя­ются каркасы фильтров из нержавеющей стали. Однако при наличии в продуктивном горизонте тонкозернистых песков нарезка отверстий необходимого размера в металлических трубах из нержавеющей ста­ли представляет значительную трудность. Получить отверстия раз­мером 0,3 – 1 мм с различной конфигурацией можно с помощью вставных планок (см. рис 16). В этом случае проектные отверстия на каркасе выполнены на боковых сторонах планок, закрепленных в щелях, нарезанных на фильтровой трубе. Крепление планок в щели может выполняться склеиванием, сваркой, припоем, на хому­тах и др.

Фильтры проволочные каркасные и каркасно-стержневые. Про­волочные фильтры являются разновидностью щелевых фильтров, го­ризонтальные щели которых получаются в результате навивки проволоки на опорный каркас в виде перфорированной трубы с круглой или щелевой перфорацией или стержней, закрепленных по образую­щей опорных поясов. В качестве каркаса проволочных фильтров мо­гут применяться стержни и трубы из нержавеющей стали, полиэти­леновые, полипропиленовые, фанерные трубы, а также трубы сталь­ные, покрытые эмалью или другими коррозионно-стойкими материа­лами. В качестве навивочного материала используется проволока из нержавеющей стали, полихлорвиниловый жгут и стальная проволока, покрытая коррозионностойкими пастами и пластмассовыми оболоч­ками.

Применяются проволочные фильтры преимущественно при соору­жении высокодебитных откачных скважин и технологических сква­жин глубиной свыше 300 м.

Сетчатые фильтры выполняются путем намотки фильтрующей сетки на продольные стержни, уложенные по образующей поверх­ности трубчатого перфорированного каркаса.

Сетчатые фильтры разработаны с каркасами из нержавеющей стали, полиэтиленовых и фанерных труб и фильтрующими сетками из пластмасс и нержавеющей стали.

Сетчатые фильтры не нашли широкого применения, так как не предотвращают пескования и быстро кольматируются. Очистка же сетчатых фильтров представляет значительную трудность из-за малой прочности фильтрующей поверхности и возможности разрыва сетки как при спуске фильтра в скважину, так и в период эксплуатации.

Дисковые фильтры нашли широкое применение. Они состоят из набора конусных дисков из ударопрочного полистирола, собранных в отдельные звенья (рис. 17). Диски имеют переменную конусность 5–10°. Собран­ные в отдельные звенья, они закрепляются с помощью шпилек, имею­щих на конце болты, посредством которых диски плотно прижимаются друг к другу. Соединение отдельных звеньев при сборке фильт­ров осуществляется посредством полиэтиленовых патрубков с по­мощью резьбы или сварки.

Общее время освоения скважин, оборудованных дисковыми фильтрами, обычно меньше, чем для скважин, оборудованных щеле­выми фильтрами, а производительность откачки на момент освое­ния – выше.

Рис. 17 Дисковый фильтр:

1 – полиэтиленовый патрубок; 2 – стягивающие шпильки; 3 – диски

8.3. Оборудование скважин фильтрами с гравийной обсыпкой

При наличии в продуктивном горизонте мелкозернистых песков гравийно-обсыпные фильтры являются наиболее эффективными. Они позво­ляют увеличить проницаемость прифильтровой зоны скважины путем замены песков продуктивных горизонтов более крупным материалом, подаваемым извне. Это способствует также увеличению эффективно­го диаметра скважин.

Применение фильтров с песчано-гравийными обсыпками на месторождениях ПВ способствует увеличению дебита в момент освоения скважин. При этом увеличиливается продолжительность работы сква­жин между циклами освоении и работоспособ­ность насосно-подъемного оборудования.

Гравийные фильтры могут быть изготовлены на поверхности а затем опущены в скважины, но чаще применяются гравийные фильт­ры, сооруженные непосредственно на забое скважины.

Существует два способа сооружения фильтров непосредственно на забое скважины: 1) способ, основанный на силах гравитации при котором гравий осаждается вокруг фильтра при свободном падении частиц на забой в межтрубном пространстве под действием сил тя­жести; 2) способ принудительного осаждения гравия путем закачки его на забои потоком ПЖ с  использованием раз­личных приспособлений.

Сооружение гравийных обсыпок в восходящем потоке жидкости. Из способов укладки гравия под действием сил гравитации наиболее широко применяемым является доставка гравия в восходящем пото­ке жидкости. Отсортированный гравий засыпается непосредственно в зазор между стенками скважины и эксплуатационной колонной или доставляется в прифильтровую зону по бурильным трубам малого диаметра, опущенным в этот зазор. При формировании фильтра в восходящем потоке по повышению давления на манометре бурового насоса фиксируются гравийные пробки. В этом случае предотвра­щается загрязнение прифильтровой зоны и фильтров мелкими глинистыми частицами со стенок скважины, а также частицами отде­лившимися от песчано-гравийной смеси.

При доставке гравия в восходящем потоке важным является оп­ределение интенсивности засыпки и средней скорости восходящего
потока, величины которых устанавливаются с учетом площади за
трубного пространства. Интенсивность загрузки должна регулироваться в зависимости от крупности частиц гравия. Скорость восхо­дящего потока должна быть не менее 0,6 м/с и не более 3 – 4 м/с. При большей скорости восходящего потока наблюдается вынос ча­стиц гравия.               

Однако способ доставки гравия в восходящем потоке во многих случаях не обеспечивает высокого качества гравийной обсыпки До­ставка гравия затруднена из-за налипания последнего на стенки скважины, образования пробок в местах сужения ствола скважины скапливания гравия в кавернах. Кроме того, отсутствует гарантия плотной и равномерной укладки гравия по высоте и периметру во­доприемной части фильтра. Это может привести к длительному пескованию и обрушению пород в фильтровой области.

Глубины скважин, где можно применять подачу гравия в зону продуктивного пласта в восходящем потоке жидкости обычно не превышают 250 – 300 м. Кроме того, при доставке гравия в прифильтровую зону имеют место значительные затраты времени на оборудование скважин.

Сооружение гравийных обсыпок в нисходящем потоке жидкости. Более прогрессивным способом создания обсыпок является достав­ка гравия в зафильтровую полость в движущемся нисходящем пото­ке жидкости, которая может осуществляться при открытом или за­герметизированном устье скважины. В этом случае обеспечивается принудительное осаждение гравия вокруг фильтра с последующим перераспределением частиц гравия по крупности: более крупный гра­вий будет находиться в контакте с фильтром, что обусловливается более высокими скоростями входа воды в фильтр.

Принципиальная схема создания гравийной обсыпки в нисходя­щем потоке жидкости при открытом устье скважины состоит в сле­дующем. После опускания фильтровой колонны на забой внутри нее из труб меньшего диаметра монтируется водоподъемная колон­на, нижняя часть которой располагается на 2 – 3 м выше верхней границы отстойника. Около скважины устанавливается емкость для гравия и воды с наклонным подводным желобом к устью или эжек­тор. Вода из скважины откачивается с помощью центробежного ва­куум-насоса или эрлифта. Одновременно с началом откачки к устью скважины подается смесь гравия и воды. Водогравийная смесь пото­ком обратной циркуляции доставляется в зафильтровое простран­ство, где происходит отделение твердой фазы и формирование гра­вия вокруг фильтрового каркаса, а вода через водоподъемные тру­бы поднимается на поверхность. В процессе формирования гравий­ного слоя из скважины удаляются мелкие частицы пород, слагающие продуктивный горизонт.

Основным недостатком схемы доставки гравия в призабойную зону скважины является то, что при отсутствии в стволе скважины выше рудного пласта обсадных труб и если вышележащие породы являются неустойчивыми, возможны обвалы стенок скважины из-за резкого изменения динамического уровня при пуске эрлифта в рабо­ту, а также засорения гравийной смеси и прифильтровой зоны поро­дами стенок скважины.

При подаче гравия в восходящем или нисходящем потоках жид­кости для улучшения условий доставки гравия по межтрубному за­зору при применении полиэтиленовых эксплуатационных колонн не­обходимо предусмотреть их центрирование путем установки направ­ляющих фонарей по длине колонны на расстоянии 10 – 15 м.

Для предотвращения обрушения зоны продуктивного пласта в период подготовки эксплуатационной колонны к спуску и в период ее спуска необходимо поддерживать необходимое гидростатическое давление на продуктивный пласт путем налива воды в скважину.

Сооружение гравийных обсыпок путем подачи гравия по БТ. Для того чтобы улучшить условия доставки гравия в прифильтровую зону скважин, на месторождениях подземного вы­щелачивания широко применяется способ доставки гравия по БТ, опущенным в зазор между эксплуатационной ко­лонной труб и стенками скважины. Нижний конец колонны БТ располагается выше приемной части фильтра на 0,5 – 1,5 м и служит во многих случаях для определения величины заполнения прифильтровой зоны скважины гравием.

Внутрь эксплуатационной колонны опускаются раствороподъемные трубы эрлифта. Одновременно с подачей по трубам гравия на забой скважины производится откачка жидкости эрлифтом, что спо­собствует более плотной укладке песчано-гравийного материала во­круг фильтра. Для того чтобы стенки скважины были более устой­чивыми и не обрушились за счет снижения уровня жидкости в сква­жине при откачке ее эрлифтом, подачу песчано-гравийной смеси осу­ществляют в потоке жидкости с помощью эжекторного насоса, установленного на поверхности.

Эта схема доставки гравия в прифильтровую зону скважины поз­воляет исключить контакт гравийного материала с незакрепленны­ми стенками скважины, а следовательно позволяет исключить поте­ри гравия в кавернах, налипание его на стенки скважины и пробкообразование.

Работа буровой бригады при оборудовании фильтров гравийны­ми обсыпками с подачей гравия в нисходящем потоке по БТ заключается в сортировке на виброситах гравийно-песчаной смеси и загрузке этой смеси в приемный бункер эжекторного насоса.

Интенсивность загрузки определяется режимом работы эжекто­ра. Загружается гравий мерными емкостями с целью определения его количества, подаваемого в скважину. После подачи расчетного количества гравия положение гравийного слоя проверяется с по­мощью бурильных труб. При необходимости производится дополни­тельная подача гравия или удаление его потоком воды из призабойной зоны скважины.

Важным узлом при формировании гравийных фильтров является водоструйный эжекторный насос (рис. 18). При работе эжекторного насоса струей воды, истекающей из насадки, в пространстве между насадкой и камерой смешения создается пониженное давление, вслед­ствие чего песчано-гравийная смесь поступает в камеру смешения и далее в диффузор и БТ.

Рис. 18.   Схема эжекторного насоса с вертикальным расположением эжектора:

1 – присоединительный переводник; 2 – воронка; 3 – насадка; 4 – окна; 5 – камера смешения; 6 – диффузор

Эжектор с помощью специального переводника подсоединяется к ведущей трубе или буровому насосу, а с другой стороны с помощью переводника и гибких шлангов он подсоединяется к БТ, опущенным в скважину. Разработаны и применяются в практи­ке оборудования технологических скважин ПВ две конструкции эжекторных устройств для подачи гравия – с вертикальным и гори­зонтальным расположением эжекторных насосов.

Предпочтение следует отдать схеме с вертикальным расположе­нием эжекторного насоса, так как в этом случае упрощается схема его монтажа (см. рис. 18). Эжекторный насос вместе с приемным бункером устанавливается на столе ротора бурового агрегата. Это также улучшает условия транспортирования гравийного материала, так как в горизонтальных и наклонных участках трубопроводов возможно образование песчано-гравийных пробок.

При вертикальном расположении эжектора последний монтиру­ется на столе ротора. Верхняя часть эжектора подсоединяется к ве­дущей трубе, а нижняя к опущенным в скважину бурильным трубам. Приемный бункер приваривается к корпусу эжектора и в него засы­пается песчано-гравийная смесь.

Сооружение гравийных обсыпок при применении пакерных уст­ройств для гидроизоляции. При сооружении сква­жин важным мероприятием является создание надежной гидро­изоляции зон движения рабочих и продуктивных растворов. При обо­рудовании скважин фильтрами с гравийной обсыпкой материал гидро­изоляции заливается поверх слоя гравия до статического (динамиче­ского для закачных скважин) уровня подземных вод. Качество гидроизоляции не всег­да является высоким, очень часто наблюдаются перетоки раствора вверх по стволу скважины. Более надежным средством гидроизоля­ции является применение пакерных устройств, например манжет из кислотостойкой резины. Однако их применение невозможно при су­ществующих методах создания гравийных фильтров.

Повысить качество сооружения скважин, обору­дованных фильтрами с гравийной обсыпкой, и упростить схему гер­метизации прифильтрового пространства и зон движения рабочих и продуктивных растворов, а также повысить эффективность эрлифтной откачки в процессе сооружения скважин позволяет следующее уст­ройство (см. рис. 19). В этом устройстве кислотостойкая манжета рас­положена на втулке (трубе), которая соединена с фильтром посредством соединения, позволяющего перемещать манжету вверх или вниз относитель­но фильтра. При этом втулка соединена с нижним концом раствороподъемных труб эрлифта, а верхний конец этих труб рас­положен ниже оголовка скважины. Обсад­ная колонна имеет в нижней части башмак с упорами для посадки манжеты.

Рис. 19. Схема создания гравийных обсыпок при применении пакерных уст­ройств для гидроизоляции:

1 – обсадная колонна; 2 – фильтр; 3 – манжета из кис­лотостойкой резины (пакер); 4 – башмак с упором;

5 – подвижная втулка; 6 – соеди­нение; 7 – водоподъемная ко­лонна; в – воздухоподающая колонна;

9 – смеситель; 10 – воронка для засыпки гравия

Устройство работает следующим обра­зом. В пробуренную до продуктивного го­ризонта скважину опускают обсадную ко­лонну, а ее затрубное пространство цемен­тируют. Затем вскрывают продуктивный горизонт и расширяют его до проектного диаметра. На поверхности собирают фильтр с отстойником и втулкой 5 с закрепленной на ней манжетой. Затем к втулке подсо­единяют водоподъемную колонну труб 7 и опускают в скважину на воздухоподающих трубах 8. Длину раствороподающих труб выбирают таким образом, чтобы их верх­ний конец был ,на 1 – 3 м выше пьезометрического уровня водоносного горизонта После установки фильтра втулку с ман­жетой перемещают в крайнее верхнее по­ложение так, чтобы пакер вышел из зоны суженной части башмака эксплуатационной колонны, а затем в скважину подают воз­дух, под действием которого происходит циркуляция жидкости, находящейся в сква­жине. Одновременно с началом циркуля­ции жидкости через воронку 10 в скважи­ну подают песчано-гравийную смесь, которая поступает в прифильтровую зону сква­жины в нисходящем потоке жидкости, и происходит принудительная укладка гравия вокруг фильтрового каркаса. При этом фор­мирование гравийного фильтра будет при меньших затратах мощности и давления на компрессоре.

После засыпки гравия  втулку  с  манжетой   перемещают в крайнее нижнее положение до места установки пакера в суженной части башмака эксплуатационной колонны. Манжета заходит в зону башмака обсадной колонны и качественно изолирует пространство между обсадной колонной и фильтром. Происходит разрушение временных креплений, а затем подъ­ем из скважины раствороподъемных и воздухоподающих труб.

Поверх слоя гравия на высоту 15 – 20 м заливается гидроизоля­ционный материал, после чего скважина готова к эксплуатации.

Сооружение гравийных обсы­пок с предварительной подачей гравия на забой скважины. Дру­гим способом создания фильтров с гравийной обсыпкой и установ­кой манжет для гидроизоляции является способ, при котором в прифильтровую зону вначале по­дают гравий, а затем осущест­вляют установку фильтра с пакером для гидроизоляции. Соору­жение технологических скважин согласно этому способу осущест­вляется следующим образом (рис. 20). Вначале производится бурение скважины до продуктив­ного горизонта. В случае неустойчивых пород пробуренный ин­тервал скважины   закрепляется ОТ. Вскрытие продуктивного горизонта осущест­вляется долотами меньшего диаметра с последующим расширением (при необходимости) ствола скважины в зоне продуктивного пла­ста. В скважину на бурильных или насосно-компрессорных трубах, соединенных с противоаварийным переходником, установленным в нижней части, опускается фильтр с отстойником. На надфильтро-вом патрубке в месте перехода на уменьшенный диаметр скважины закрепляется резиновая манжета. Спуск фильтра прекращается не доходя забоя скважины.

Затем по бурильным или насосно-компрессорным трубам на забой скважины подается расчетное количество гравия (рис. 20, а).

Рис. 20.   Способ   создания гравийных обсыпок    с    предварительной подачей гравия на забой скважины:

а – подача гравия на забой скважины; б – посадка фильтра гидровмывом в гравий:

1 – обсадная колонна; 2 – фильтр; 3 – отстой­ник; 4 – бурильные трубы; 5 – пакер; 6 – манжета;

7 –  надфильтровый патрубок

Фильтр устанавливается на гравий, а по бурильным или насосно-компрессорным трубам начинают подавать воду (рис. 20, б). При подаче воды происходит гидравлический размыв гравия, что позво­ляет осуществить посадку фильтра на забой скважины. Расход воды должен быть таковым, чтобы предотвратить вынос частиц гравия из скважины. После прекращения подачи жидкости произойдет оса­ждение гравия вокруг фильтра с образованием контура. При этом манжета устанавливается на уступ в месте перехода на уменьшенный диаметр бурения, осуществляя тем самым гидроизоляцию зон движе­ния растворов.

После посадки фильтра на забой скважины БТ от­соединяются и поднимаются на поверхность, а поверх манжеты за­ливается гидроизоляционный материал, оборудуется устье скважи­ны и производятся другие работы, связанные с завершением соору­жения скважины.

При наличии обсадной колонны, опущенной в скважину до про­дуктивного пласта, необходимо предусмотреть предварительную уста­новку пакера внутри обсадной колонны, на расстоянии 1 – 2 м выше башмака, а манжету устанавливают на пакер. При этом во избежа­ние повышенного расхода обсадных труб фильтр можно устанавли­вать впотай.

Описанный способ сооружения гравийных фильтров имеет ряд преимуществ: 1) при посадке фильтра на забой скважины происхо­дит очистка гравийного слоя от глинистых частиц и механических взвесей, которые потоком жидкости выносятся из скважины; 2) по­зволяет применять пакерные устройства для гидроизоляции зон дви­жения рабочих и продуктивных растворов; 3) сокращается время оборудования скважин фильтрами с гравийной обсыпкой; 4) повы­шается качество сооружения скважин.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10