ГИДРОПЕСКОСТРУЙНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

Гидропескоструйное вскрытие чаще всего используется в условиях, когда

кумулятивное или пулевое перфорирование не дает должного результата.

При такой перфорации диаметры отверстий в колонне равны 12—20 мм;

глубина каналов в 2,5—4 раза больше, чем при кумулятивной перфорации, и

достигает 500 мм, а площадь фильтрации канала выше в 20—30 раз.

Следует учитывать еще одно преимущество гидропескоструйного перфо-

рирования пластов — получение материнской породы из вскрываемого пласта

в виде шлама, содержащего остатки полезного ископаемого. Причем этот

≪сопутствующий≫ эффект иногда оказывается решающим и единственным

источником надежной информации о пласте.

Эффективность гидропескоструйного разрушения определяется энергией

схруи, которую принято характеризовать лерепадом давления в насадках,

гидравлической характеристикой, формируемой в насадке струи, и содержа-

нием в ней абразива.

Гидропескоструйное воздействие включает:

спуск и точную установку перфоратора на колонне НКТ или бурильных

труб на заданной глубине;

привязку места установки перфоратора по пласту-реперу;

обвязку наземного оборудования со скважиной;

опрессовку системы манифольдов и труб на 1,5-кратное рабочее дав-

ление;

вымыв опресоовочного клапана и оценку потерь давления на трение

посредством промывки скважины при режиме перфорации;

опуак клапана перфоратора и выход на рабочий гидравлический режим

обработки без подачи в поток абразива;

собственно гидропескоструйное воздействие;

переход в вышележащий интервал обработки.

При проектировании этого процесса прежде всего определяют допусти-

мое устьевое давление, которое обусловлено технической возможностью на-

сосного агрегата или прочностной характеристикой труб из соотношения

Рстр — HqT />ду = щ;: (VIII. 11)

где рд у — допустимое устьевое давление, МПа; рстр — страгивающая на-

грузка резьбового соединения, Н; Я — глубина подвески, м; дт — вес 1 м

труб, Н; FT — площадь поперечного сечения труб, м2; К — коэффициент без-

опасности.

Рис. VIII.6. Характеристические кривые насадок гидропескоструйного перфо-

ратора:

А- Б, В—зависимость перепада давления в насадке от темпа прокачки жидкости для на-

садок диаметрами соответственно 6,0; 4,5 и 3 ми; / — глубина выработки L в модели

пласта при щелевом вскрытии насадкой диаметром 4,5 мм; 2—4 — глубина выработки в

модели пласта при точечном вскрытии насадками диаметром соответственно 6; 4,5 и 3 мм

Страгивающую нагрузку для резьбового соединения трубы определяют

по ее паспортным данным или по формуле Яковлева

(VIII. 12)

где ротр —страгивающая нагрузка резьбового соединения, Н; D2 — средний

диаметр трубы по первой полной нитке, находящейся в зацеплении, м; Ь2 —

толщина стенки трубы по впадине первой полной нитки резьбы, находящейся

в зацеплении, м; а —предел пропорциональности материала труб, Н/м; I—

длина резьбы до основной плоскости (нитки с полным профилем), м; f$—

угол между направлением опорной поверхности резьбы и осью трубы, градус;

<р — угол трения, ф=18°.

Определив по формуле (VIII.11) или по паспортным данным допустимое

устьевое давление, подбирают перепад давления в насадке и оценивают по-

тери давления в системе.

Перепад давления в насадках и потери давления на трение подбирают

по графикам (рис. VIII.6 и VIII.7), причем необходимо обеспечить максималь-

ный перепад давления в насадках при минимально возможных потерях дав-

ления в трубах и затрубном пространстве. Для этого, зная диаметр насадки

и задавшись расходом жидкости через нее, по графикам (см. рис. VIII.6)

определяют перепад давления.

Далее по суммарному расходу жидкости, равному произведению числа

одновременно работающих насадок и расхода жидкости через насадку, по

графику (см. рис. VIII.7) определяют потери давления при прокачке жид-

кости в трубах и межтрубном пространстве.

Сумма потерь и перепада давления должна быть равна или несколько

меньше допустимого устьевого давления. При выборе перепада давления

и насадках следует иметь в виду, что

нижний предел допустимых перепадов

должен обеспечить эффективное разру-

шение металлической колонны, цемент-

ного камня и породы, а поэтому не дол- ≪

жен быть мевее 10—12 МПа для

6-мм насадок и 18—20 МПа для наса-

док диаметром 4,5 и 3,0 мм.

С увеличением прочности пород 6

(при <Тсж>25—30 МПа) нижний пре- §

дел перепада давления в насадках це-

лесообразно увеличивать, доводя его м

соответственно до 18—20 МПа для на- 13 £

садок с условным диаметром 6 мм и S 2

25—30 МПа для насадок диаметром

4,5 мм.

При выборе перепада давления и

расхода жидкости через насадку сле-

дует также учитывать, что с забоя на

дневную поверхность транспортируют-

ся песок и шлам, а поэтому суммарный

расход жидкости через одновременно

работающие насадки должен обеспечи-

вать скорость восходящего потока в

межтрубном пространстве не менее

0,5 м/с.

Глубина гидропескоструйного воз-

действия в обсаженной трубой скважине

зависит от площади образуемой в трубе

прорези. Так как при гидропескоструй-

ном воздействии отработанная жидкость

с песком и шламом выходит через со-

здаваемый какал в ствол скважины,

то встречный поток оказывает сопро

10 15

Темп закачки жидкости, л/с

Рис. VIII.7. Потери давления в

трубах и межтрубном пространст-

ве при прокачке водопесчаных

смесей по данным замеров в

скважинах.

Цифры на кривых обозначают диа-

метры обсадных труб и НКТ в мм

тивление рабочей струе, т. е. гасит ее. Поэтому для повышения глубины

воздействия предпочтительно в обсадной трубе делать прорезь большего

сечения, чем сечение насадки, или перемещать насадку в вертикальном или

горизонтальном направлениях и тем самым устранять гашение рабочей струи.

Экспериментально установлено, что для насадок диаметром 4,5 и 6 мм эф-

фект гашения струи снижается практически полностью при площади прореза

в трубе в 70-н100 раз больше площади насадки, т. е. при длине щели в об-

садной трубе 100—120 мм.

Глубина гидропескоструйной выработки в преграде от продолжительности

воздействия струй определяется сложной экспоненциальной зависимостью, но

для практических целей с достаточной точностью экспериментально опреде-

лены оптимальные продолжительности воздействия для точечного и щелевого

вскрытия, которые соответственно составляют:

15—20 мин для точечного (без смещения насадки) вскрытия одного

интервала;

2—3 мин на каждый сантиметр длины щели для щелевого вскрытия.

Основной материал при гидропескоструйных обработках—рабочая жид-

кость и песок.

Рабочие жидкости Бри гидропескоструйных обработках подбирают с уче-

том физико-химических свойств пластов и насыщающих породу жидкостей,

а также видов работ, проводимых в скважинах (дегазированная нефть, рас-

творы соляной кислоты и ПАВ, техническая вода и др.).

При выборе рабочей жидкости необходимо учитывать следующее:

а) жидкость не должна ухудшать коллекторские свойства пласта;

б) вскрытие и обработка пластов не должны сопровождаться неконтроли-

руемыми выбросами нефти или газа, приводящими к открытому фонтаниро-

ванию;

в) жидкость не должна быть дефицитной и дорогой.

для глушения скважин в процессе их подготовки к перфорации (при

наличии вскрытых продуктивных горизонтов) также должны использоваться

жидкости, не снижающие фильтрационную характеристику призабойной зоны

и не вызывающие набухание глин.

Объем рабочей жидкости для проведения процесса должен составлять:

а) 1,3—1,5 объема скважины при работе по закольцованной схеме,

б) при работе со сбросом жидкости

2V=\0-sg*ntN, (VIII.13)

где IV — потребное количество рабочей жидкости, м3; gB — расход жидкости

на одну насадку, л/с; п — число насадок; t — продолжительность вскрытия

одного интервала, с; N — число интервалов.

В качестве абразива при гидропескоструйном методе применяют песок

с размером зерен от 0,2 до 2 мм и с преимущественным (более 50%) содер-

жанием кварца.

Потребное количество песка составит:

при работе со сбросом отработанного песка

G=W-3Vk=\0-≪gBntN, (VIII.14)

где G — потребное количество песка, т; 2V — объем жидкости, м3; k — кон-

центрация песка, г/л;

при работе по закольцованной схеме

G = 10-≫VCK,*+ \О-вРп\Т—,,, ° Ife,, (VIII 15)

ё \ Ю-'gn) l v >;

где Кскв — объем скважины, м3; ki — концентрация песка, добавляемого в вы-

ходящую пульпу, г/л; Т — суммарное время вскрытия, с.

Необходимое для пескоструйных обработок оборудование включает под-

земное, обеспечивающее создание и нужное направление высоконапорных

струй, разрушающих преграду, а также наземное, служащее для приготов-

ления песчано-жидкостной смеси и закачки ее к перфоратору.

Гидропескоструйная обработка осуществляется с помощью специальных

устройств — гидроперфораторов, позволяющих направлять песчано-жидкост-

ные смеси в преграду через насадки из специальных абразивоустойчивых ма-

териалов.

Промышленность выпускает три типоразмера насадок с внутренним

диаметром 3; 4,5 и 6 мм. Насадки диаметром 3 мм применяют для вырезки

прихваченных труб в обсаженных скважинах, а также когда глубина резания

должна быть минимальной. Насадки диаметром 4,5 мм применяют при перфо-

рации скважин, а также при других видах обработки, когда процесс ограни-

чивается темпом прокачки жидкости. Насадки диаметром 6 мм применяют

при обработках, ограниченных давлением, а также когда глубина вскрытия

должна быть максимальной (разведочные скважины, инициирование трещин

ГРП и т. п.).

При вскрытии пластов перфорацией применяют пескоструйные перфора-

торы АП-6М, обеспечивающие создание точечных и щелевых каналов в пла-

стах (рис. VIII.8).

Перфоратор предназначен для создания каналов и щелей в скважинах

с открытым забоем и обсаженных эксплуатационными колоннами диаметром

100 мм и более, вырезки обсадных колонн тех же диаметров, расширения

забоев в необсаженных скважинах и установки водоизоляционных экранов.

Осуществление указанных операций одним перфоратором достигается

сочетанием различных вариантов расположения насадок и заглушек в корпу-

се перфоратора, а также перемещением перфоратора вокруг или вдоль оси

скважины.

Рис. VIII.8. Перфоратор АП-6М100:

1 — хвостовик; 2 — центратор; 3 — корпус; 4 —

клапан перфоратора; 5 — узел насадки; 6 — за-

глушка; 7 — опрессовочный клапан

Рис. VIII.9. Перфоратор ПЗК:

а — верхняя сборка; б — нижняя сборка; / —

корпус; 2 — насадка; 3 — держатель насадки; 4 —

затвор; 5 — клапанный шар; 6 — уплотнительное

кольцо; 7 —фиксатор; в — винт фиксатора; 9 —

≫аплечнки

\

\

Перфоратор АП-6М разработан в двух вариантах (АП-6М100 и

АП-6М80), конструктивные отличия которых обусловлены главным образом

размерами.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПЕРФОРАТОРОВ

АП-6М100 АП-6М80

Диаметр, мм 100 80

Длина, мм 835 780

Минимальный диаметр колонны, в которой возможна

перфорация, мм 120 100

Масса, кг 24 17

Допустимый перепад давления, МПа 60

Допустимая забойная температура Не лимитируется

При гидропескоструйном вскрытии нескольких маломощных пластов, от-

стоящих друг от друга на большом расстоянии, а также пластов большой

мощности и с аномально высоким пластовым давлением целесообразно при-

менять блок гидропескоструйных перфораторов ПЗК-1.

При помощи ПЗК-1 можно перфорировать последовательно снизу вверх

один или несколько пластов независимо от расстояния между ними, без

подъема труб и без прекращения подачи песчано-жидкостной смеси.

Устройство включает в себя до пяти отдельных перфораторов, соеди-

няемых между собой патрубками или трубами. Перфоратор, расположенный

внизу сборки, отличается тем, что шаровой клапан и его седло вмонтированы

стационарно (рис. VI 11.9,6), при этом узел выполнен так, что обеспечивается

обратная промывка скважины.

Четыре верхних перфоратора, имеющих одну типовую конструкцию

(рис. VIII.9,а), состоят из корпуса / с заплечиками 9, клапанного шара 5,

затвора 4, уплотнительных колец 6, насадок 2, держателя насадок 3, фикса-

тора 7 и винта фиксатора 8.

Диаметр посадочных гнезд четырех верхних перфораторов подобраны та-

ким образом, чтобы клапанные шары нижних перфораторов свободно прохо-

дили через посадочные гнезда всех верхних перфораторов.