Технические средства для разрушения и удаления глинисто-песчаных пробок

Для разрушения глинисто-песчаных пробок применяются различные гидромониторные насадки.

Для эффективного разрушения сильно сцементированной глинисто-песчаной пробки рекомендуется использовать гидравлический монитор МГСК-168 по патенту РФ № 1608330 (рис. 5.1) [176, 177].

Рисунок 5.1 – Монитор гидравлический скважинный МГСК - 168

Монитор обеспечивает максимальное разрушение глинисто-песчаной пробки, перевод разрушенных твердых частиц во взвешенное дезагрегированное состояние и вынос их на дневную поверхность.

При работе гидромонитора технологическая жидкость (ПОЖ) через корпус 1 и ствол 2 может поступать в кольцевое пространство по двум направлениям: через промывочное отверстие башмака 8 на забой, или при перекрытии его сбрасываемым шаром - через щелевую насадку, образованную юбкой 3 и подвижной втулкой 4. В случае засорения кольцевой щели давление в проходном канале корпуса 1 ствола 2 и, следовательно, в полости между стволом 2, юбкой 3 и подвижной втулкой 4 увеличивается. При этом, под действием перепада давления подвижная втулка 4 перемещается вниз, деформируя упругий резиновый элемент 7. В результате увеличивается раскрытость щели и происходит ее очистка. Таким образом, устройство автоматически поддерживает заданный технологический режим.

Очистка ствола скважины осуществляется сформированной в щелевой насадке затопленной струей, сформированной в виде конических поверхностей усеченных круглых прямых конусов, высоты которых совмещены с осью колонны, а большие основания ориентированы в сторону верхней границы очищаемого интервала. Такая струя при контакте с пробкой оказывает на нее силовое воздействие, дезагрегируя ее на мелкие частицы, которые выносятся из скважины [176].

Исследование процесса разрушения призабойной зоны продуктивного

Пласта вращаемой гидромониторной струей жидкости

Проведение ряда операций при строительстве и КРС требует расчета глубины выемки, образующейся в результате гидромониторного разрушения горной породы струей, истекающей из боковой насадки, вращаемой вокруг оси ствола. Для этого используют известную зависимость [178, 179]:

(5.3)

где l - расстояние от насадки до стенки образующейся выемки;

d_н - диаметр насадки;

α - конусность струи;

k₁ - коэффициент, характеризующий отношение средней скорости жидкости в любом

поперечном сечении основного участка струи к скорости на ее оси в том же

сечении;

Р_н - давление, срабатываемое в гидромониторной насадке;

k₂ - коэффициент, характеризующий отношение между давлением струи на породу,

вызывающим ее разрушение, и прочностью породы на сжатие;

σ_сж - прочность породы на сжатие.

Основная сложность в описании процесса заключается в определении коэффициента к₂. В работах А.К. Козодоя и А.А. Босенко показано, что для затопленных струй воды при гидростатическом давлении 2 МПа величина к₂ составляет 1,8, тогда как для струй бурового раствора к₂ < 1 [180]. В то же время В.В.Соболевский [181, 182] установил значение к₂ < 1 для струй воды при гидростатическом давлении 5 МПа. Эти величины были получены при неподвижных гидромониторных струях (время взаимодействия 3÷7 мин), когда в значительной мере проявляется эррозионное воздействие струи па породу.

С целью уточнения значения к₂ авторами, совместно с сотрудниками ВНИИгаза, были проведены специальные лабораторные исследования. Для этого была модернизирована экспериментальная установка, моделирующая необсаженный участок ствола скважины, в которую помещался вращаемый боковой гидромонитор (рис. 5.2) [183].

1-камера; 2-крышка; 3-днище камеры; 4-модель бурильной колонны;

5-насадка гидромониторная; 6-уплотнитель; 7-отвод для сброса давления;

8-заглушки; 9-сетка; 10-вентиль; 11-бак; 12-крышка бака;

13-шланг дюритовый; 14-клапан отсекающий; 15-манометр

Рисунок 5.2 – Схема экспериментальной установки для исследования процесса разрушения породы вращаемой струей жидкости

Моделирование процесса осуществлялось с сохранением принятых параметров подобия - давления струи на породу и времени контакта струи с породой, а также при эквивалентности прочности на сжатие реальной горной породы и ее модели. Радиальные размеры модели участка скважины определялись с учетом того, что формула (5.2) справедлива при удалении насадки от горной породы на длину начального участка струи l₀, при d_н =3 мм, α = 0,3, коэффициенте гидравлического совершенства насадки λ =1 [183]. Расчетная длина l₀ составила для модели установки:

мм (5.4)

Таким образом, при принятом конструктивно диаметре «бурильной колонны» 31,5 мм, диаметр модели «скважины» составил 58,5 мм. Так как испытание технологии проводилось в слабосцементированных песчаниках Щелковского ПХГ, то модель горной породы была получена из песчано-цементной смеси с близкими к ним прочностными характеристиками: σ_сж= 0,37 МПа, σ_раст = 0,074 МПа. Минимальное давление, срабатываемое в насадке, было определено из условия обеспечения начала разрушения «породы»' стенок скважины. С учетом формул (5.3) и (5.4) при 2 k₁² = 0,36 и k₂ = 0,95 (принят для середины диапазона его известных значений 0,1-1,8) было получено значение P_min = 0,98 МПа. Максимальное давление, срабатываемое в насадке, определено с учетом исключения обрушения свода образующейся в «породе» выемки и технических возможностей экспериментальной установки. С учетом наличия глинистой покрышки у реального пласта планируемый коэффициент уширения не должен превышать 4. Таким образом при l = 4, l₀ = 4·13,5 = 54 мм выражение (5.4) дает Р_н_max = 6,88 МПа.

В качестве промывочной жидкости использовалась вода и стандартный глинистый раствор (плотность 1070 кг/м³, условная вязкость 21 с). Частота вращения «бурильной колонны» сохранена принятой ранее в работе [183].

Методика проведения эксперимента предусматривала следующее. В камеру 1 заливалась промывочная жидкость, верхняя крышка 2 закрывалась и на расчетном расстоянии от днища 3 камеры 1 устанавливалась гидромониторная насадка 5. На заполненный промывочной жидкостью бак 11 устанавливалась крышка 12. Затем открывался отсекающий клапан 14 и сжатый воздух (при заранее установленном давлении), вытеснял промывочную жидкость из бака 12 через шланг 13 в модель бурильной колонны 4 к гидромониторной насадке 5. Одновременно модель бурильной колонны 4 приводилась во вращательное движение таким образом, чтобы гидромониторная струя совершала поворот на 120° по часовой стрелке, захватывая на 30° радиальные направления от оси камеры 1 к осям в заглушках 8. В ходе эксперимента фиксировалось давление на манометре 15, время вращения насадки 5 и время выхода промывочной жидкости из нее. По окончании эксперимента крышка 2 снималась, извлекалась модель бурильной колонны 4. После опорожнения камеры 1 измерялся диаметр образовавшейся выемки.

Величина искомого коэффициента к₂ определялась путем обработки пар данных l_i (Р_н_i) методом наименьших квадратов по формуле:

(5.5)

где N - число пар данных.

Результаты проведенных экспериментов представлены на рис. 5.3.

Рисунок 5.3 – Влияние перепада давления в насадке монитора на глубину выемки, образующейся в породе

1. По данным В.В. Соболевского [181, 182];

2. Экспериментальные данные, полученные с использованием бурового раствора (+);

3. Экспериментальные данные, полученные с использованием воды (');

4. По данным А.К.Козодоя и А.А. Босенко [180].

Соотношение между давлением вращаемой струи на породу, вызывающим ее разрушение, и прочностью породы на сжатие, показано в табл. 5.3.

Таблица 5.3

Соотношение между давлением струи и прочностью породы на сжатие

Параметр	Вода	Буровой раствор
Вращаемая струя	1,32	1,03
Неподвижная струя	1,11	0,94

На основании проведенных исследований выявлено следующее:

1. При прочих равных условиях, для вращаемой гидромониторной струи требуется повышение в 1,1-1,19 раза контактного давления разрушения горной породы.

2. Контактное давление разрушения горной породы струей бурового раствора меньше, чем у струи воды, что связано с проявлением эрозионного воздействия промывочной жидкости на породу.

3. Полученные величины коэффициентов к₂ попадают в диапазон известных значений (0,1-1,8). При этом они более близки к результатам А.К. Соболевского и А.А. Босенко [182], полученным с учетом развития тангенциальных усилий разрушения и процесса эррозии. Отклонение от данных В.В. Соболевского объясняется тем, что разрушение породы вращаемой струей воды происходит только после достижения состояния предельного сжатия породы [181, 182].

Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 465; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 12

Мы поможем в написании ваших работ!