Сооружение гравийных обсыпок в прифильтровой зоне скважин с одновременной установкой фильтров. При этом способе звенья филь­тров оборудуются на поверхности кожухами, заполненными песчано-гравийной смесью. Кожухом могут служить легкорастворимые или разрушающиеся под действием растворов серной или соляной кисло­ты материалы, например хлопчатобумажные или синтетические тка­ни, сетки из латуни или сталей, не стойкие при действии различных кислот. Звенья фильтра с кожухами, заполненными гравием, соби­раются в колонну и опускаются в скважину. После спуска фильтра в него опускают промывочный став и производят интенсивную про­мывку водой прифильтровой зоны, до полного удаления глинистой корки со стенок скважины. Эффект разглинизации при этом увеличи­вается за счет большей скорости движения воды в зазоре между стенкой скважины и кожухами. Затем в скважину подают раствори­тель, который разрушает кожух фильтра. При этом песчано-гравийная обсыпка равномерно распределяется в прифильтровой зоне сква­жины и плотно заполняет кольцевое пространство за фильтром с об­разованием контура. Последним этапом работ при сооружении тех­нологических скважин по этой схеме является гидроизоляция зон движения растворов путем заливки гидроизоляционных материалов выше слоя гравийной обсыпки.

Применение описанного способа создания гравийно-обсыпных фильтров способствует улучшению качества их сооружения, сокра­щению затрат времени на оборудование прифильтровой зоны сква­жин и ее освоение, но требует увеличения диаметра скважины.

Способ сооружения обсыпных фильтров из гранул низкой плот­ности. При кислотном выщелачивании металлов к материалу песчано-гравийных обсыпок предъявляются специфические требования, связанные с их кислотостойкостью. Наличие в материале обсыпок карбонатных частиц приводит к их растворению с выделением твердого нерастворимого осадка и газа, что может привести в некоторых случаях к выбросам из скважины кислоты в первоначальный момент закачки. Кроме того, многие другие мате­риалы обсыпок растворяются при длительном воздействии кислоты, что приводит к проседаниям песчно-гравийных обсыпок в прифильтровой зоне, уменьшению их контура, а в некоторых случаях и к обнажению участков фильтров.

Ведутся работы по применению в качестве об­сыпок нерастворимых в кислотах материалов, та­ких, как полиэтиленовые гранулы, гранулирован­ный материал группы пиролюзит-псиломелана, плотность которых меньше плотности воды.

Сооружение технологических скважин при при­менении этих материалов осуществляется следую­щим образом. При применении одноколонных кон­струкций скважин на эксплуатационной колонне закрепляется манжета, которая устанавливается на уступе в месте перехода на уменьшенный диа­метр скважины, а в случае обсадки ствола сква­жин до продуктивного горизонта трубами в послед­них в нижней части (следует предусмотреть уста­новку пакера выше башмака колонны при наличии суженной части (рис. 21). В некоторых случаях для создания уширенного контура обсыпки пред­усматривается расширение прифильтровой зоны скважины.

В скважину опускается фильтр, а прифильтро-вая зона скважины разобщается с помощью па­кера. По насосно-компрессорным или бурильным трубам, соединенным с отстойником фильтра, за­качивают фильтрующую обсыпку, которая содер­жит гранулы полиэтилена или других веществ и воду. Попадая в зафильтровое пространство, гранулы всплывают и удерживаются в зоне фильтра с помощью пакера, а вода через фильтр и обсадную колонну поступает на поверхность. При этом благодаря значительным скоростям движения воды при входе в фильтр происходит плотная укладка гранул вокруг фильтра. После полного заполнения зафильтрового пространства гранулами насосно-компрессорные трубы извлекают, поверх пакера заливается гидроизоляционный материал и производится освоение скважины.

Рис. 34. Сооруже­ние обсыпных фильтров из гра­нул низкой плот­ности:

1 – ОТ; 2 – материал гидро­изоляции; 3 – разоб­щающий пакер; 4 – материал обсыпки; 5 – фильтр;

6 – тру­бы для подачи ма­териала обсыпки

При оборудовании обсыпных фильтров технологических скважин ПВ в качестве материала обсыпки могут применяться кварцевый и кремниевый песок, гранулированный пиролюзит, гранулы полиэти­лена и стекла.

В качестве жидкости-носителя материала фильтровой обсыпки применяется техническая вода, а также вода, загущенная синтетиче­скими или натуральными смолами, химическими реагентами типа К-9, К-4 и др. Вязкость жидкостей-носителей должна составлять 50 – 2000 Па·с.

В скважинах с аномально высокими пластовыми давлениями мож­но использовать рабочую жидкость с высокой плотностью, несущую на забой гравий и предотвращающую открытый выброс при намыве гравийных фильтров. В качестве утяжелителей рекомендуется при­менять окиси железа. В жидкость-носитель могут добавляться за­густители и добавки, снижающие его фильтруемость.

В большинстве случаев нашли применение способы создания цементирующихся гравийных обсыпок, что связано в первую очередь с облегчением замены вышедшего из строя фильтра и сохранением относи­тельно высокой проницаемости.

Укладку гравия вокруг фильтра следует производить с противо­давлением на пласт, что снижает кольматацию гравийного слоя пес­ками продуктивного горизонта.

8.4. Оборудование устья технологических скважин

Устья технологических скважин, предназначенных для добычи твердых ПИ, в процессе подготовки и эксплуата­ции должны быть оснащены специальным оборудованием.

Оборудование устья включает обустройство и герметизацию затрубного и межтрубного пространства обсадных и эксплуатационных колонн и установку специальных оголовков, позволяющих осущест­вить обвязку эксплуатационных и рабочих колонн.

Основное назначение устьевой арматуры: а) регулирование на­правления подачи в скважину рабочих агентов (вода, выщелачиваю­щий кислотный раствор, водяной пар, нерастворитель, воздух и др.); б) регулирование отвода от устья скважины и распределение про­дуктивных растворов; в) предохранение ствола скважины от загрязнения и попадания посторонних предметов, г) обеспечение надежной герметизации устья с целью предотвращения загрязнения окружающей среды и ствола скважины рабочими агентами и продук­тивными растворами и обеспечение их раздельного движения; д) осуществление контроля за работой скважины.

К оборудованию устья технологических скважин предъявляются следующие основные требования:

1)    основные узлы устьевого оборудования должны быть выполне­ны из материала, стойкого к длительному контакту с рабочими аген­тами и продуктивными растворами;

2)    основные узлы должны выдерживать максимальное давление
подачи рабочих агентов с учетом двукратного запаса прочности;

3)    устьевое оборудование должно быть оснащено необходимыми
устройствами и приборами для измерения соответствующих парамет­ров работы скважины, а также вентилями и задвижками. При. ис­пользовании эрлифтов для подъема продуктивных растворов оголов­ки должны дополнительно содержать сепараторы для отделения пес­ка и воздуха от растворов;

4)    в конструктивном отношении устьевое оборудование должно быть простым, иметь небольшие габариты, легко и быстро монтироваться и демонтироваться.

Большие требования высокой надежности работы предъявляются к устьевому оборудованию технологических скважин ПВ.

Для предохранения попадания рабочих и продуктивных растворов в почвенный слой предусматривается заливка затрубного простран­ства на устье скважины гидроизоляционными материалами, засыпка специальных материалов, поглощающих и нейтрализующих техноло­гические растворы, а также бетонирование площадок для установки устьевого оборудования и откачных средств.

В качестве гидроизоляционных материалов могут использоваться кислотостойкие цементы и глина с последующей засыпкой доломито­вой или мраморной крошки, а иногда и извести. В случае утечек продуктивные или выщелачивающие растворы будут реагировать с материалом засыпки и нейтрализуются с образованием гипса или другой твердой фазы. ПИ, содержащееся в раство­ре, в дальнейшем также может быть удалено вместе с материалом обсыпки.

В процессе сооружения технологических скважин ПВ применя­ются оголовки, предназначенные для оборудования устья нагнетательных и откачных скважин. В свою очередь, нагнетательные сква­жины могут работать в режиме свободного налива и подачи выще­лачивающего раствора под давлением до 1,0 – 1,5 МПа.

Конструкция оголовка для нагнетательных скважин, работающих в режиме свободного налива, приведена на рис. 22. Оголовки уста­навливаются на эксплуатационной колонне при помощи фланцевого или резьбового соединений. Оголовок, показанный на рис. 22, а, со­стоит из полого корпуса, в котором размещен поплавок с запорным клапаном, расположенным в патрубке и соединенным с раствароподводящим трубопроводом.

Рис. 22. Оголовки   нагнетательных скважин ПВ, работающих в режиме свобод­ного налива:

а –при отсутствии газовых выбросов:

1 – корпус; 2 – патрубок; 3 – поплавок; 4 – клапан; 5 – соединительная муфта- 6 – эксплуатационная колонна;

б – при наличии газовых выбро­сов:

1 – корпус; 2 – патрубок; 3, 4 – фланцы; 5 – эксплуатационная колонна; 6 – диафрагма; 7 – втулка; 8 – отверстия во втулке; 9 – шток; 10 – клапан; 11 – поплавок; 12 – запорный орган; 13 – отверстия

Под действием выщелачивающего раствора поплавок отжимается и находится в нижней части корпуса. При снижении приемистости скважины и повышении уровня раствора в колонне поплавок всплы­вает и с помощью клапана перекрывает отверстие в раствороподающем патрубке. Это предупреждает излив раствора на поверхность.

Все контрольно-измерительные приборы (расходомеры, маномет­ры и др.) устанавливаются в нагнетательной линии. Основное досто­инство такого оголовка – простота конструкции и надежность в ра­боте. Однако оголовок такой конструкции невозможно применять при наличии выбросов газов, образующихся при взаимодействии выщела­чивающих растворов с породами продуктивного горизонта.

Оголовок, показанный на рис. 22, б, позволяет автоматически стабилизировать работу скважины при наличии газовых выбросов. Он состоит из полого корпуса с патрубком для подачи растворов в сква­жину. В корпусе размещена втулка 7 и поплавок 11 со штоком 9, клапаном 10 и запорным органом 12. Для поддержания проектного! расхода растворов в нижней части оголовка размещается регулирую­щая шайба. При снижении приемистости скважины уровень раствора поднимается и заполняет корпус оголовка. При этом поплавок под­нимается вверх и с помощью клапана 10 перекрывает отверстие во втулке, в результате чего прекращается подача выщелачивающих растворов до тех пор, пока уровень раствора не понизится, а попла­вок со штоком не опустится вниз.

Выпуск образовавшихся газов происходит через отверстие 13 в крышке корпуса. При снижении приемистости скважины и заполне­нии корпуса оголовка выщелачивающими растворами запорный ор­ган на поплавке перекрывает выход раствора на поверхность. При скоплении газов в верхней части корпуса будет непрерывно: увеличи­ваться их давление. Если давление газов превысит давление жидко­сти в корпусе оголовка, поплавок переместится вниз и временно от­кроет отверстие для выхода газов.

В случае выделения большого количества газов при наличии в продуктивном горизонте карбонатных пород газовые пробки могут привести к внезапным выбросам газожидкостной смеси, поврежде­нию при этом устьевого оборудования и загрязнению поверхности рабочей площадки. Это приводит также к потере растворителя и сни­жает безопасность ведения работ. Повысить эффективность работы нагнетательной скважины и безопасность ведения работ можно с по­мощью следующего устройства, показанного на рис. 23, в котором по длине раствороподающей колонны выше уровня рас­твора в скважине предусмотрено размещение сетчатых отражателей. При этом нижний торец раствороподающей колонны находится в нижней части фильтра.

Рис. 23. Устройство для оборудования нагнетательных скважин:

1 – отражатель; 2 – эксплуатационная колонна; 3 – раствороподающая колонна; 4 – фильтр

В случае выброса газожидкостной смеси последняя, поднимаясь вверх, разбивается об отражательные сетки, что приводит к отделе­нию газа от раствора. Газ выходит на поверхность через устьевой оголовок, а раствор поступает обратно в скважину. Установка раствороподающей колонны в нижней части фильтра позволяет преду­предить попадание газа внутрь колонны, что способствует также по­вышению приемистости нагнетательных скважин.

Для нагнетательных скважин, работающих в напорном режиме, применяется оголовок, показанный на рис.24. Оголовок состоит из корпуса патрубка для подачи выщелачивающих растворов и поплав­ка с запорным органом. В рабочем состоянии поплавок находится в верхней части корпуса и с помощью запорного органа перекрывает отверстие в крышке корпуса. Выщелачивающий раствор под давле­нием непрерывно нагнетается в скважину, а образовавшиеся газы скапливаются в верхней части оголовка. При давлении газов выше давления растворов поплавок перемещается вниз и временно откры­вает отверстие для выхода газов.

Рис. 24. Оголовок нагнетательных скважин, работающих в напорном режиме:

1 – поплавок; 2 – корпус; 3 – запорный орган; 4 – фиксаторы; 5 – патрубок; 6 – эксплуатационная колонна

Оголовки для откачных скважин различаются в зависимости от конструкции раствороподъемного оборудования. Обвязка устья сква­жин при применении в качестве откачных средств эрлифтов показа­на на рис.25. Для отделения продуктивных растворов от воздуха и механических взвесей (песка) предусматривается установка спе­циальных сепараторов. Сепаратор присоединяется к раствороподъемной трубе и состоит из корпуса (трубы), двух камер – соответственно для ввода пульпы и слива раствора в коллектор. Он должен устанав­ливаться выше раствороприемного коллектора.

При попадании пульпы в сепаратор воздух, отделяясь, выходит в атмосферу через отверстия, выполненные в крышках камер. Меха­нические взвеси осаждаются на дне корпуса сепаратора. Для лучше­го осаждения взвесей при движении пульпы в корпусе сепаратора-предусматривается установка перегородок. Очищенный раствор по­ступает на слив в коллектор. Механические взвеси периодически уда­ляются из сепаратора через отверстия, выполненные в нижней части корпуса. Отверстия перекрываются с помощью пробки 8.

Рис. 25. Устройство для оборудования устья откачных скважин ПВ:

1 – корпус;  2 – перегородки;  3 – отверстия для  выхода  воздуха;  4 – камера для раствора, поступившего из скважины; 5 – камера слива; 6 – патрубок слива; 7 – поплавковый расходо­мер; 8 – пробка

Для определения количества раствора, поступившего из скважи­ны, применяются поплавковые расходомеры 7, смонтированные в ка­мере слива. Все части сепаратора и расходомер выполнены из по­лиэтилена.

При откачке растворов с помощью погружных электронасосов на устье скважины устанавливаются раствороотводной патрубок с за­движкой, манометр и опорная плита, которая находится на кондук­торе и воспринимает нагрузки от насоса и раствороподъемных труб

9. Основные направления повышения эффективности сооружения геотехнологических скважин

9.1. Расширение призабойной зоны геотехнологических скважин

Расширение призабойной зоны геотехнологических скважин явля­ется одним из путей повышения их производительности и снижения стоимости бурения и добычи ПИ.

При ПВ металлов происходит увеличение дебита расширенных скважин, что связано с увеличением площади притока технологических растворов и с разрушением зон кольматации продуктивных пластов.

При определении величины расширения призабойной зоны тех­нологических скважин ПВ необходимо учитывать следующие основные факторы: а) размеры добычного оборудования, опускае­мого в скважину (фильтры, эрлифты и др.); б) эффективное разрушение зон интенсивной кольматации продуктивных горизонтов; в) создание гравийных обсыпок необходимой толщины; г) устойчивость кровли над зоной расширения.

При ПВ металлов диаметр зоны расши­рения определяется толщиной слоя гравийной обсыпки, величина которого оказывает существенное влияние на производительность скважины и срок ее службы.

Наиболее широко применяются следующие три способа рас­ширения призабойной зоны: механический, гидродинамический и ком­бинированный. Для скважин ПВ предпочте­ние следует отдать механическому и особенно комбинированному способу, основанному на механическом разрушении горных пород с использованием энергии струи ПЖ.

На эффективность расширения призабойной зоны технологических скважин большое влияние оказывает конструкция расширителя и режим его работы. При сооружении технологических скважин ПВ находят применение расширители механические, показанные на рис. 26. Режущие лопасти расширителя выводятся в рабочее по­ложение посредством поршня, приводимого в движение потоком жид­кости, нагнетаемой буровым насосом. Основное достоинство таких расширителей – высокая надежность в работе благодаря незначи­тельному числу подвижных органов. Приведение лопастей расширите­ля в транспортное положение по окончании расширения производит­ся в процессе подъема бурового инструмента при движении расши­рителя по стволу скважины.

Рис. 26. Расширитель механический:

1 – режущие лопасти; 2 – втулка; 3 – корпус расширителя;  4 – нажимное устройство;  5 – корпус поршня;

6 – резиновая манжета; 7 – гайка; 8 –переходник

Другой, более эффективной разновидностью механических рас­ширителей, применяемых при сооружении технологических скважин ПВ, являются расширители, показанные на рис. 27. Режущие лопа­сти расширителя выводятся в рабочее положение с помощью поршня, приводимого в действие потоком жидкости, нагнетаемой буровым на­сосом и промежуточных тяг. Усиление резания регулируется путем изменения давления, развиваемого буровым насосом. Для проработки ствола скважины, очистки его от шлама нижняя часть расширителя снабжена режущими элементами (лопастями). Испытания расшири­телей показали их высокую надежность в работе. Диаметр камеры может достигать 300 – 400 мм при первоначальном диаметре сква­жины 190 мм. Режущие лопасти занимают исходное положение при подъеме бурового инструмента и прекращении подачи жидкости бу­ровым насосом.

Рис. 27.   Расширитель механический с промежуточными тягами:

1 – корпус; 2 – поршень; 3 – тяга; 4 – лопа­сти; 5 – породоразрушающий наконечник

При сооружении технологических скважин ПВ широкое применение находят гидромеханические эксцентриковые расширите­ли, сконструированные на кафедрах «Разведочного бурения» и «Гео­технологии руд» МГРИ (рис. 28). Корпус расширителя представляет собой трубу, а режущим элементом является лопасть 3, армированная твердосплавными резцами. Для повышения эффективности раз­рушения пород и очистки лопастей от шлама в корпус расширите­ля вмонтированы насадки 4. Расширитель имеет замковую резьбу для присоединения к бурильным трубам. Рабочая лопасть расшири­теля приваривается к замку от бурильных труб диаметром 73 мм. На расширитель надевается корпус, который выполняется из трубы, диаметр которой зависит от диаметра расширяемой скважины. Свер­ху и снизу к корпусу привариваются крышки 6 и 7, а в корпусе делаются отверстия, к которым привариваются гнезда для гидро­мониторных насадок. Внутренний диаметр гидромониторных насадок обычно принимается равным 9 или 10 мм, что обеспечит получение высокой скорости струи на выходе из насадки.

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