Путиловское месторождение

Для предотвращения образования песчаных пробок на забое применяются и  другие методы.

1. Снижение дебетов с целью уменьшения интенсивности выноса песка из пласта в скважину. Однако такое снижение может оказаться экономически невыгодным.
2. Увеличение скорости движения жидкости в трубах либо посредством применения лифтовых колонн меньшего диаметра, либо вследствие более раннего перехода на газлифтный способ добычи.
3. Увеличение скорости подъема жидкости в трубах путем частичного возврата поднятой жидкости обратно в скважину для рециркуляции.

В некоторых случаях (месторождение  Вентура, шт. Калифорния, США), успешно проводили добычу с одновременным выносом песка. Однако такой подход может оказаться опасным, так как он создает возможность нарушения обсадной колонны и потери скважины.

2.3.Разрушение обсадных колонн и фильтров

Постоянный вынос песка из пласта часто сопровождается разрушением обсадной колонны в продуктивном интервале и потерей скважины [1, 2, 3, 4]. В тех местах, где пласт первоначально довольно плотный, например в некоторых горизонтах в районе Мек-сиканского залива, находящихся под сравнительно высоким гор- ньгм давлением (древнетретичный горизонт фрио, виксбург и уил- кокс), разрушение обсадной колонны возможно вследствие неодинакового с разных сторон бокового давления при выносе породы или высоких осевых напряжений в обсадной колонне, вызванных проседанием вышележащих пластов, в которых она зацементирована. В тех местах, где пласт в естественном состоянии был неуплотнен, его уплотнение в процессе эксплуатации может вызвать переход обсадной колонны в перегруженное напряженное состояние.

2.4Эрозия и абразивный износ

Рис. 2.4. Примеры эрозии песком забойного оборудования в продуктивных интервалах пласта:

а — щелевой фильтр, установленный в скважинах с  открытым забоем; б и в — неперфорированные трубы

Трубы, спущенные в продуктивный интервал, часто подвергаются сильной эрозии песком, поступающим из пласта вместе с добываемой жидкостью. На рис. 2.4 показаны щелевые фильтры с большими отверстиями, образовавшимися под действием песка, извлеченные из скважины фильтры и неперфорированные трубы с эрозионными отверстиями против перфорационных каналов продуктивного интервала. Отверстия в неперфорированных трубах имели диаметр 2,5—5,0 см. Были случаи, когда извлеченные из  скважин неперфорированные трубы оказались полностью

2.5.Удаление песка

Одной из причин, побуждающих ограничивать вынос песка, является желание избежать или существенно снизить затраты,, связанные с очисткой добываемого  продукта от песка и его удалением. Это создает особенные трудности при морской добыче, где для отделения песка необходимо сооружать соответствующие установки на платформе и на береговых трубопроводах, иначе в трубах будут образовываться песчаные пробки.

Удаление песка может оказаться  дорогостоящим, если для удовлетворения требований законов, предотвращающих  загрязнение окружающей среды, песок необходимо очищать от нефти. В тех случаях, когда борьба с выносом песка не является достаточно эффективной, необходимо сооружение специальных систем для очистки добываемой нефти от песка и песка от нефти

Решение о том, нужно ли устанавливать  средства задержания песка, обычно принимается  с учетом экономических соображений  в сочетании с оценкой опасности  риска в данном районе добычи. Стоимость первоначально применяемых средств защиты и потери в результате снижения продуктивности сопоставляются с затратами на некоторые методы задержания песка или на установление дополнительного забойного оборудования. При этом рассматриваются следующие факторы:

• риск вызвать вынос песка, если средства задержания песка не будут использованы с самого начала;
• затраты на ремонтно-восстановительные мероприятия;
• риск получить неудовлетворительный результат при ремонт- но-восстановительных работах по предотвращению выноса песка либо опасность уменьшения дебитов вследствие снижения проницаемости пласта.

2.6.Когда начинать борьбу с песком.

• Опыт показывает, что задержание песка следует производить до нарушения структуры пластовой породы вследствие выноса песка. При дальнейшем увеличении объема вынесенного песка значительно труднее обеспечить эффективность его задержания.
• Поэтому нет ничего удивительного в том, что мероприятия по задержанию песка, предпринятые с самого начала эксплуатации, оказываются более эффективными, чем последующие ремонтно-восстановительные работы. Кроме того, проведение подземного ремонта обусловливает по некоторым причинам (из которых не все еще поняты до конца) ухудшение продуктивности пласта. Данные одного из лабораторных исследований показывают, что в результате преднамеренного сильного разрушения образцов пластовой породы произошло очень большое снижение проницаемости , свидетельствующее о том, что при разрушении породы в пласте возможна кольматация породы обломками.

2.7.Выбор средств задержания  песка

Методы борьбы с песком можно  подразделить на использование механических средств, создающих сводовый эффект (намывные .гравийные фильтры, щелевые фильтры и хвостовики, подвесные гравийные фильтры, слипающийся гравий и т. д.), и на средства, укрепляющие породу пласта (закачка в нее химреагентов для создания искусственной цементации ее зерен).

После того как появились длинные  надувные (рукавные) па- керы, можно  назвать и третий метод задержания песка, заключающийся в создании достаточно высоких контактных напряжений между зернами песка, действующих со стороны стенок забоя • скважины. Этот метод будет описан в дальнейшем.

При выборе способа задержания песка  для конкретных месторождений или скважин обычно учитывают следующие факторы:

1. Первоначальные затраты при данном методе задержания песка.
2. Ожидаемая успешность метода.
3. Влияние метода на продуктивность скважины.
4. Затраты на ремонт.
5. Качество пластового песка.
6. Наличие в пласте большого числа тонких продуктивных пропластков.
7. Исключение поступления внутрипластовой воды или газа.
8. Присутствие в пласте нежелательных глинистых прослоев.
9. Величина снижения пластового давления по сравнению с первоначальным.
10. Информация о выносе песка.

2.8.Выбор гравия и фильтров

Простейший, наиболее систематически осуществляемый метод борьбы с песком — установка средств механического  задержания Песка. Для этой цели используются проволочные, щелевые, подвесные гравийные и намывные гравийные фильтры.

В этой разновидности методов борьбы с песком наиболее важным конструктивным аспектом является правильный выбор ширины щелей или размера пор гравия по отношению к диаметру частиц выносимого пластового песка. Крайне важны также и другие параметры, например характеристики гравия, степень уплотнения и качество материала, конфигурация щелей и конструкция фильтров. Кроме того, специальное внимание следует уделять, особенно при термальных процессах или в скважинах для сброса промстоков, выбору металлов для борьбы с коррозией под воздействием агрессивных жидкостей.

В этой главе анализируется значение каждого из этих факторов и рассматриваются новые ценные научные результаты в некоторых областях, где существуют различные точки зрения. Необходимо отметить, что в нетипичных ситуациях, когда имеющейся информации часто оказывается недостаточна для всестороннего научного подхода, выбор оптимальных конструктивных параметров требует опыта и практики.

Многие способы и оборудование, описываемые ниже, используются уже почти 50 лет. Однако значительный рост дебитов скважин создает новые проблемы в связи с выносом песка. Усовершенствования конструкций и технологии применения средств механического задержания песка могут решить многие из этих проблем, обусловленных высокими дебитами скважин.

Там, где щелевые и проволочные  фильтры не могут задерживать очень тонкозернистые пески и где такие фильтры с очень малым раскрытием щелей легко закупориваются, широко распространенным и эффективным способом задержания песка являются щелевые фильтры с наружной гравийной обсыпкой. Гравий предотвращает поступление пластового песка, стабилизируя и поддерживая поверхность каверны в пласте и не давая песку двигаться. Задержание песка обеспечивается правильным подбором диаметра поровых проходов в гравийном массиве по отношению к диаметру частиц пластового песка. Много лет назад Коберли и Вагнер , а также Хилл провели исследование размеров фракции гравия, который задерживает пластовый песок. Коберли показал, что эффективно задерживать песок будет гравий, наибольший диаметр частиц которого в 10 раз больше диаметра частиц 90 %-ного отсева на кумулятивной кривой гранулометрического состава пластового песка. Хилл, рассмотрев влияние этого соотношения на проницаемость, снизил его до восьми.

Очевидно, что при этих соотношениях хорошие результаты будут получаться там, где пески плохо отсортированы и в них присутствуют достаточно крупные частицы, способные образовывать устойчивые своды. Однако практика показала плохую работу фильтров. Позже Тауш и Корлей выдвинули предположение, что наименьший диаметр зерен гравия должен в 4 раза превышать диаметр частиц 90 %-ного отсева пластового песка по кумулятивной кривой гранулометрического состава, а наибольший диаметр зерен гравия должен в 6 раз превышать диаметр частиц 90 %-ного отсева песка.

Сосье предложил подбирать гравий так, чтобы медианный диаметр гравия (диаметр частиц 50 %-ного отсева) был в 5—6 раз больше медианного диаметра пластового песка. Это означает применение еще более мелкой фракции гравия.

Пенберти и Коуп  результатами своих экспериментов на радиальной модели подтвердили рекомендации Сосье, а также и то, что неоднородные пластовые пески сильно снижают  эффективность гравийной набивки.

Стейн в работе рассмотрел несколько факторов, которые следует учитывать при проектировании гравийных набивок, в том числе сцементированность песка, наличие агрегатов сцементированных зерен и арочный эффект или сводообразование в порах гравийной набивки.

Следует проверять диаметр зерен, растворимость в кислоте и прочность гравия. Спарлин отмечает, что размеры зерен гравия могут значительно выходить за диапазон указанных диаметров. Он рекомендует использовать гравий, в котором за пределы диапазона его диаметров выходит не больше 10 % общей массы. Шварц рекомендует использовать гравий, при просеивании которого на крупном сите оставалось бы не более 12 % общей его массы, а сквозь мелкое сито проходило бы не больше 0,2 % общей массы. Однако эти рекомендации могут оказаться академическими, так как на практике может и не быть гравия, удовлетворяющего этим допускам.

Диаметр зерен гравия следует контролировать для обеспечения оптимального соотношения диаметров гравия и пластового песка, так как снижение абсолютной проницаемости гравийного массива всегда отрицательно влияет на эффективность. Тонкие частицы и загрязнения иногда возникают при дроблении зерен в процессе перевозок. Растворимость в кислоте нужно проверять для того, чтобы в гравийном массиве не образовались пустоты при кислотной обработке. В некоторых случаях прочность гравия может иметь важное значение. Тогда нельзя использовать гравий, содержащий высокую концентрацию зерен из слабых минералов.

Роджерс рекомендует использовать гравий, состоящий не менее чем на 95 % из кварца и силикатных материалов. В нем не должны содержаться мягкие или «грунтовые» минералы, такие как сланцы, гипс или ангидрит.

АНИ разработал методику испытания  материалов, используемых в качестве гравийной набивки. В ней рассмотрены следующие вопросы.

1. Правила отбора представительных проб из массы материала, затаренного в мешки или насыпанного навалом.
2. Методика контрольного просеивания. Рекомендуется, чтобы 96 % массы пробы материала оставалось между контрольными ситами.
3. Методика определения окатанности и сферичности. Для каждого из этих показателей, определенных по диаграммам Крам бейна [95], рекомендуемый нижний предел составляет не ме нее 0,6.
4. Пределы растворимости в кислотах. Рекомендуется, чтобы не более 1 % (по массе) материала растворялось в 12 %-ной НС1 и не более 3 % — в НР.
5. Пределы загрязненности пылью. Об этом можно судить по мутности воды после промывки образца материала.
6. Методика испытания прочности на раздавливание. Количество обломков, образующихся после испытаний (приложения к образцу нагрузки 14 МПа в течение 2 мин), не должно превышать 4 % Для песков фракций 0,84—1,68 мм, 0,59—1,20 мм или 0,42— 0,84 мм и 2 % для песков фракций 0,30—0,59 мм и 0,25—0,42 мм.

2.9.Щелевые, проволочные и подвесные гравийные фильтры

Для борьбы с песком и для задержания гравия при создании гравийных набивок  применяются щелевые и проволочные  фильтры, а также подвесные гравийные фильтры. Эти фильтры, установленные в перфорированной обсадной колонне без наружной гравийной обсыпки, не могут нормально функционировать из-за сильного ограничения продуктивности, связанного с заполнением пластовым песком туннелей перфорационных каналов.

Если риск возможного ограничения  продуктивности не настолько велик, чтобы оправдать крупные затраты на монтаж большого станка для капитального ремонта и проведения подземного ремонта, то фильтры можно спускать на лифтовых трубах. Со временем у некоторых туннелей перфорационных каналов сформируются устойчивые песчаные своды, которые будут предохранять их от засорения пластовым песком и позволят получить удовлетворительные дебиты.