Устройство для сооружения гравийного фильтра в скважине

 

Изобретение относится к горной промышленности. Цель - повышение качества сооружаемого фильтра. Устройство содержит фильтровую колонну 2 с размещенным на ней каркасом фильтра 3 с отверстиями 7 и дополнительным фильтром 4 над последними. Внутри колонны 2 установлена вспомогательная колонна 5 и между ними размещен герметизирующий элемент 6. Колонна 5 выполнена в виде усеченного конуса и имеет диаметр в верхнем и нижнем сечениях, соответствующих верхним и нижним отверстиям каркаса фильтра 4, определяемый по математической формуле. Регулировка скоростей потока за и внутри фильтров 3 и 4 осуществляется за счет сужения площади живого сечения потока за и внутри фильтров 3 и 4. Устройство позволяет повысить качество сооружаемого фильтра за счет фракционирования гравия в поперечном сечении обсыпки, при котором размер частиц постепенно уменьшается от каркаса в направлении стенок скважины. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) 011

151) 4.Е 21 В 43 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

7 f17

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbfTHRM

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4288932/23-03 (22) 22.07,87 (46) 15.11.89. Бюл, У 42 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженер-, ной геологии (72) А,Д.Башкатов (53) 622.245,543(088.8) (56) Патент CIA У 4474239, кл.166-278, опублик, 1984 ° (54) УСТРОЙСТВО ДНЯ СООРУЖЕНИЯ ГРАВИЙНОГО ФИЛЬТРА В СКВАЖИНЕ (57) Изобретение относится к горной промышленности. Цель — повышение качества сооружаемого фильтра, Устройство содержит фильтровую колонну 2 с

2 размещенным на ней каркасом фильтра 3 с отверстиями 7 и дополнительным фильтром 4 над последними, Внутри колонны 2 установлена вспомогательная колонна 5 и между ними размещен герметизирующий элемент 6 ° Колонна 5 выполнена в виде усеченного конуса и имеет диаметр в верхнем и нижнем сечениях, соответствующих верхним н нижним отверстиям каркаса фильтра 4, определяемый по математической формуле. Регулировка скоростей потока за и внутри фильтров 3 и 4 осуществляется за счет сужения площади живого сечения потока за и внутри фильтров 3 и 4. Устройство позволяет повысить ка1521865!

20!

60 а = ==) ° (11с Оср) D мокс

Рракс(РО-Пр)+2 ЬР

D

О МИН ч где Э, Вэ бмОКс МИН

Dc чество сооружаемого фильтра за счет фракционирования гравия в поперечном сечении обсыпки, при котором размер

Изобретение относится к горной промьппленности, а именно к технологии сооружения гравийных фильтров в зоне продуктивного пласта, Целью изобретения является повы. щение качества сооружаемого фильтра, На чертеже изображено устройство для сооружения гравийного фильтра .в скважине.

Устройство устанавливают в скважине 1. Оно содержит фильтровую колон v 2 с размещенным на ней каркасом максимальный и минимальный диаметры вспомогательной колонны 30 у верхних и нижних отверстий каркаса основного фильтра соответственно; производительность 35 закачки; диаметры скважины и каркаса фильтра; плотность жидкости-носителя; 40 перепад давления на каркасе фильтра;

Pìàêñ и

grad P — максимальный и мини ин мальный градиенты дав-45 ления в кольцевом пространстве скважины, которые определяют по формуле

6 и r

< d0(0+UF) 2 М

grad Р = — - — arch e макс 36() 1 РЯ, 64m

d A(0+UF) 2

grad P = — - — -"-j-— - arch e

36 1!! (1+Н) F где !1 — коэффициент сопротивления;

r — расстояние между каркасом фильтра и стенками скважины; частиц постепенно уменьшается от кар" каса в направлении стенок скважины.

1 ил. фильтра 3. и дополнительным фильтром

4, Внутри фильтровой колонны 2 установлена вспомогательна колонна 5 и герметизирующий элемент 6 между ними. дополнительный фильтр 4 установлен над отверстиями 7 фильтра 3, Вспомогательная колонна 5 выполнена в виде усеченного конуса, имеющего диаметр в верхнем и нижнем сечениях, соответствующих верхним и нижним отверстиям каркаса фильтра, определяемый по формуле

U — гидравлическая крупность частиц диаметра Й, соответ— ствующего расчетным и 7. ситового отсева;

F - -площадь поперечного сече ния гравийного фильтра;

Н вЂ” высота от верхних отверстий каркаса основного фильтра до забоя;

1 — высота каркаса дополнительного фильтра;

d - размер частиц гравия, а высота каркаса дополнительного фильтра выбрана из выражения

6Ю1l d(0+UF)arch е

Закачку частиц 8 гравия осуществляют через кольцевое пространство.

9 скважины 1, Между фильтром 3 и дополнительным фильтром 4 находится глухая часть 10 фильтровой колонны 2.

Устройство работает следующим образом, Б предварительно подготовленную скважину 1 спускают фильтровую колонну 2 с каркасом фильтра 3 и дополнительного фильтра 4, Внутри фильтровой колонны 2 устанавливается вспо10

F =gd grad P dS ((d grad Р, М э где d — размер частицы гравия

S — площадь Иидделевого сечения частицы. крупностью d.

Сила сопротивления действует в направлении от фильтров 3 и 4 к стенкам скважины 1 и определяется по формуле

Я 2

Рс где 1(— коэффициент сопротивления обтеканию; — плотность жидкости-носителя;

V — скорость перемещения частицы в направлении фильтровой ко25 лонны 2, 5 152186 могательная колонна 5, а кольцевое пространство между ними герметизируется элементом 6 над верхними отверстиями 7 дополнительного фильтра 4.

Закачку частиц 8 гравия выбран5 ного фракционного состава осуществляют в нисходящем потоке через кольцевое пространство 9 скважины 1 или через специальный распределительный узел, Скорости движения смеси в кольцевом пространстве 9 постепенно уменьшаются от максимальных значений в глухой части 10 над верхними отверстиями 7 дополнительного фильтра 4 до нуля у уровня уже на= мытого гравийного фильтра эа счет перетекания жидкости через отверстия фильтров 4 и 3, За счет перетекания через фильтры 3 и 4 скорости движения нисходящего потока в кольцевом пространстве между фильтрами 3, 4 и вспомогательной колонной 5 возрастает от минимальных значений у уровня верхних отверстий 7 фильтра 3 до максимальных значений у уровня уже. намытого гравийного фильтра, Скорости нисходящего потока в кольцевом пространстве 9 между фильтрами 3, 4 и вспомогательной колонной 5.выше, чем вкольцевом пространстве 9между фильтрами 3, 4 и стенками скважины I. С учетом потерь напора в фильтрах 3, 4 при перетекании жидкости из кольцевого пространства 9.скважины 1 внутрь фильтров 3 и 4 Р, перепад давле(35 ния в кольцевом пространстве 9 Р составляет

P ) (U U ) J P

40 где P — плотность жидкости-носителя; !! — средняя скорость нисходящеЧ го потока внутри фильтров

Зи4;

ll> — средняя скорость насходящего 45 потока за фильтрами 3 и 4 ° ч:

Разница давлений в кольцевом пространстве 9 за фильтрами 3 и 4 и внутри их обусловливает возникновение и поддержание между стенками скважины l и.фильтрами 3 и 4 градиента давления, величина которого определяется из выражения

-2 — 2 (grad P="- = 2

- hP PQU -!1, 6Р

r В-В, где 0 - диаметр скважины 1;.

D — наружный диаметр фильтров.

5 б

При попадании гравийных частиц 8 в зону влияния градиента давления на них начинает действовать сила градиента давления, способствующая смещению частиц 8 от стенок скважины l в направлении фильтров 3 и 4. Сила градиента давления определяется из выражения

Учитывая, что сила градиента давления F . пропорциональна кубу диа1 метра частиц 8, а сила сопротивления— их квадрату, можно утверждать, что с увеличением размера частиц 8 сила градиента давления растет быстрее, чем сила сопротивления. В этой связи наиболее крупные частицы 8 гравия быстрее смещаются к поверхности фильт" ров 3 и 4, чем более мелкие.. Характер движения и распределения частиц

8 в поперечном сечении гравийного фильтра определяется уравнениями, полученными на основании решения дифференциальных уравнений движения частиц под влиянием сил градиента давления и сопротивления.

Расстояние, на которое частицы 8 гравия стремятся в направлении фильтров 3, 4 эа время движения от .верхних отверстий 7 до уже намытого слоя гравия, определяемого из уравнения

Риттингера, зависит от величины гра» диента давления, размера частицы, плотности гравия и жидкости-носителя, Регулирование характеристик расслоения гравия по фракциям в поперечном сечении гравийного фильтра осуществляется в зависимости от конструкции cKBaKHHbl 1, гранулометрического состава песка и соответственно частиц 8 гравия, коэффициента неоднородности гравия, за счет выбора ра)521865 — =0 5U

О 785(D -D ) Ч тм«кг с р

Яр

Ц

3 макс рL 2Ц (уайРмк v (De Dg)+2 д Р макс к е 2

16 - I -. (;-э ) и максимальным диаметром у верхних

45 отверстий основного фильтра

16Я - b а 2g огай Рм к Эс-0 +2 Д Р а макс 2р циональных скоростей движения нисходящего потока за и внутри фильтров 3 и 4, Регулировка скоростей потока эа и внутри фильтров 3 и 4 осуществляется эа счет сужения площади живого сечения потока за и внутри фильтров

3 и 4.

Учитывая, что в начальный момент закачки при М 0 (М " объем зака10 ченного в скважину гравия), время движения частиц 8 гравия в поле градиента давления, определяемое с учетом уравнения Риттингера, максимальное, а в начальный момент закачки при

f5 соответствии Ъ расчетным значениям— минимальное, то для поддержания постоянных характеристик фракционирования необходимо по мере намыва гравия 8 увеличивать градиент давления, Необходимое увеличение градиента давления обеспечивается путем увеличения разницы скоростей нисходящего потока за и внутри фильтров 3 и 4, определяемого из уравнения, ?5

Учитывая, что градиент давления в кольцевом пространстве скважины определяется разницей скоростей движения нисходящего потока внутри фильтровой колонны и снаружи, получим необходимую разницу скоростей движения потока за и внутри фильтровой колонны, при которой поддерживаются градиенты давления в кольцевом пространстве скважины grad Р„„а и

grad Р

Для установки s кольцевом пространстве скважины градиента давления

grad P ми„ необходима разница средних скоростей движения нисходящего потока за и внутри фильтра 40

Применение предложенного устройства для сооружения гравийного фильтра позволило повысить качество сооружаемого фильтра за счет фракционировання гравия в поперечном сечении обсыпки, 55 при котором их размер постепенно уменьшался от каркаса фильтра в направлении стенок скважины, Полученное распределение частиц позволило снизить >макса о

Для установления в кольцевом пространстве скважины градиента давления grad Р „ необходима разница средних скоростей движения нисходящего потока эа и внутри фильтра ит = 269

Таким образом, средние скорости потока за и внутри фильтра должны изменяться в процессе закачки согласно условиям

МО; USE(0 С,) О Е(П; 0);, 1"1 асчйтное 1 Ug 0 11тмакс ) >

Учитывая, что средняя скорость движения нисходящего потока внутри фильтра определяется скоростью потока внутри фильтра на уровне поверхнос. ти уже намытого гравийного фильтра, а та, в свою очередь, зависит от площади сечения нисходящего потока, можно утверждать, что заданное изменение скоростей потока внутри фильтра обеспечивается за счет установки внутри фильтровой колонны вспомогательной колонны в виде усеченного конуса с минимальным диаметром у нижних отверстий основного фильтра гидравлическое сопротивление фильтров, повысить их суффозионную устойчивость по сравнению с многослойными фильтрами. формула изобретения

Устройство для сооружения гравийного фильтра в скважине, включающее

1521865 фильтровую колонну с размещенным «а ней каркасом фильтра с отверстиями и дополнительным фильтром над последними, вспомогательную колонну, установленную внутри фильтровой колонны труб, и.герметизирующий элемент между ними,. о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения качестD

> макс

D в„„н с бар

36 Ч (1+Н) Р b макс и D в мин

25

Dñ

gР(30

Кгас1Рма кс и ягаЙР†максимальн и минимин мальный градиенты давления в кольцевом пространстве скважины между каркасом фильтра и стенками скважины, оторые выбраны из формулы

6<

«P d(q+mg а -„Д 40

36(1 1 F

Составитель Е,Молчанова

Редактор М. Бандура Техр ед А. Кравчук Корректор Н.Король

Заказ 6902/29 Тираж 514 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 1О! максимальный и минимальный диаметры вспомогательной колонны у верхних и нижних отверстий каркаса фильтра соответственно; внутренний диаметр каркаса фильтра; производительность закачки; диаметр скважины; перепад давления на каркасе .фильтра; плотность жидкости-«осителя; ва сооружаемого фильтра, вспомогательная колонна выполнена в виде усе- . ченного конуса и имеет диаметр s

5 верхнем и нижнем сечениях соответст—

Ф вующих верхним и нижним отверстиям каркаса фильтра, определяемый по формуле где d — размер частиц гравия;

U - гидравлическая крупность частиц, соответствующих диаметру d после расчетного.п Х отсева;

F — площадь поперечного сечения гравийного фильтра; (/ — коэффициент сопротивления;

1 — высота каркаса дополнительного фильтра;

r — расстояние между каркасом фильтра и стенками скважины;

Н, — высота от верхних отверстий каркаса основного фильтра до забоя, а высота каркаса дополнительного фильтра выбрана из выражения

6Vr

М

7 и (Д+4Р аг сЬ е