повышение экономичности и надежности эксплуатации

М.В. Омельянюк (к.т.н., доцент)
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ РЕМОНТА
СКВАЖИН
г. Краснодар, Кубанский государственный технологический университет
Подземные воды залегают на различных глубинах и в различных
породах. Высокое качество воды особенно ценно для хозяйственнопитьевого водоснабжения населенных пунктов. Интерес для водоснабжения
представляют воды напорных водоносных пластов, перекрытых сверху
водонепроницаемыми породами, предохраняющими подземные воды от
поступления в них каких-либо загрязнений с поверхности земли [1]. Для
добычи данных вод чаще всего используют скважины.
Доля использования подземных вод в общем объеме водопотребления
в большинстве субъектов РФ составляет свыше 60-70%. Глубина
водозаборных скважин варьируется от нескольких десятков метров
(подрусловые для бытового водоснабжения) до нескольких километров
(лечебно-столовые воды, системы поддержания пластового давления и др.).
Объем водопотребления возрастает с каждым годом. При этом доля
бездействующего фонда скважин в большинстве случаев составляет более
50%.
Наиболее типичные проблемы при эксплуатации скважин выделяются
в три группы: наличие посторонних предметов в скважинах; поступление
песка с добываемой водой; снижение дебита скважины в результате
кольматации.
Наличие посторонних предметов в скважинах обусловлено обрывом
или отвинчиванием водоподъемных труб с насосом ЭЦВ или отдельно
насоса; уроном в скважину при проведении работ над устьем гаечных и
цепных ключей, гаек, болтов, стропов и др.; намеренной порчей имущества
(кирпичи, камни и др.).
Поступление песка из скважины вместе с добываемой водой
обусловлено негерметичностью цементного моста на переходе с обсадной
колонны на фильтровую; сетчатых, пластинчатых или пористых фильтров;
резъбовых или сварных соединений труб в колонне.
Эксплуатация
скважин
приводит
к
уменьшению
их
производительности, что связано с постепенным снижением пластового
давления и с ухудшением пористости и проницаемости пород призабойной
зоны пласта (ПЗП) и фильтров вследствие закупорки пор в результате
механического, химического и биологического кольматажа. В зонах
ухудшенной
проницаемости
теряется
значительная
часть
энергии
фильтрующихся флюидов [1].
В настоящее время в отечественной практике распространены методы
раскольматации нефтяных и водозаборных скважин, использующие
колебательные
эффекты
затопленных
жидкости [1,3,9].
Преимущество
высоконапорных
используемых
технических
струй
средств
заключается в отсутствии подвижных частей, возможности генерирования
колебаний вне самого устройства, а в ряде случаев – непосредственно в
перфорационных каналах или на стенках обсадных труб.
Существует
значительное
количество
методов
генерирования
кавитации [2,3,6,9,10]. Установлено, что степень развития кавитации,
эрозионная способность кавитационных струй, амплитудные и частотные
характеристики колебаний, возникающих при истечении высоконапорных
кавитационных струй при использовании различных генераторов кавитации
и промывочных жидкостей, а также при работе на различных напорных и
температурных режимах могут отличаться в десятки раз.
Проведенными исследованиями [4-8] особенностей генерирования
кавитации в высокоскоростных гидравлических потоках установлено, что
на степень развития кавитации в высоконапорных струйных потоках, ее
эрозионную способность и колебательные эффекты, сопровождающие
схлопывание кавитационных пузырьков, значительное влияние оказывает
конфигурация проточной части генераторов кавитации (сопел).
Для
повышения
эффективности
обработок,
направленных
на
реанимацию бездействующих и интенсификацию производительности
действующих водозаборных скважин были проведены аналитические,
экспериментальные и натурные скважинные исследования. В результате
разработаны: технология обработки скважин, основанная на использовании
эффектов гидродинамической кавитации, и устройства, реализующие
указанную технологию. Депрессия на пласт осуществляется двумя
способами: путем спуска погружного электроцентробежного насоса
параллельно с вибратором (если позволяет типоразмер обсадной колонны
скважины) или за счет компоновки вибратора струйным насосом. Волновое
воздействие генерируется путем прокачки жидкости через вибраторы гидродинамические генераторы кавитации, спускаемые в скважину на
высоконапорных рукавах, без использования буровой установки.
Упругие колебания способствуют интенсифицированию фильтрации
жидкости и обеспечивают вынос из призабойной зоны кольматирующего
материала, в результате чего очищаются естественные поровые каналы и
увеличивается
гидропроводность.
поверхности
обсадной
Очистка
колонны
фильтров
и
осуществляется
внутренней
за
счет
гидродинамического воздействия затопленных струй.
Для
реализации
интенсификации
технологии
производительности
гидродинамической
скважин
был
струйной
разработан
ряд
устройств и генераторов кавитации. В том числе ротационное устройство,
работающее
по
принципу
роторно-пульсационных
аппаратов,
предназначенное для равномерной очистки обсадной и фильтровой колонн
и одновременного создания гидравлических ударов. Опытно-промысловые
исследования эффективности применения
разработанных устройств,
предназначенных
кавитационной
для
гидродинамической
обработки
скважин, проводились в 2006-2009 гг. при ремонте десятков водозаборных
скважин (в основном в Краснодарском крае) с глубинами до 500 м.
Обработка интервалов производится в динамических условиях при
возвратно-поступательном движении ротационного вибратора со скоростью
0,03-0,1 м/с, при этом происходит гидродинамическая очистка сетчатого
(проволочного, щелевого) фильтра от кольматанта, продуктов коррозии и
т.п. Обработка интервала продолжается до тех пор, пока в добываемой воде
присутствует кольматант, после чего производится спуск генератора
колебаний до следующего интервала. После обработок всех интервалов
производится откачка песка, продуктов коррозии и др. из отстойника
скважины.
В большинстве случаев после обработок прирост дебита
составляет 30-50%. Эффект является длительным и достигает нескольких
лет.
При
обработке
безфильтровых
скважин
ротационными
гидродинамическими кавитационными устройствами при рациональных
расходно-напорных характеристиках воздействия происходит не только
очистка, но и разрушение и вынос породы продуктивного пласта,
наблюдается увеличение диаметра скважины в продуктивном интервале.
Увеличение диаметра составляет до нескольких десятков сантиметров (в
зависимости от глубины и геолого-технических характеристик скважины,
расходно-напорных
характеристик
насосной
установки,
конструкций
применяемых гидродинамических кавитаторов). В натурных условиях
установлено, что для необсаженных в водоносном интервале скважин
нередки случаи, когда после гидродинамической интенсифицирующей
обработки дебит не только восстанавливался до паспортного значения, но и
превышал первоначальный, установленный после бурения.
Зачастую посторонние предметы, находящиеся в водозаборных
скважинах, не заклинены, поэтому, для снижения трудоемкости и
стоимости операций по их извлечению был разработан и изготовлен ряд
ловильных инструментов (различные труболовки, ерши раскидные и
нераскидные
под
соответствующие
типоразмеры
труб
и
насосов),
спускаемых в скважину на тросе, что делает необязательным использование
буровых установок при ремонте скважин. Для извлечения мелких
металлических предметов (рожковых ключей, гаек, болтов, стропов и др.)
эффективно использование магнитных ловителей с грузоподъемностью до
200-300 кг.
Для
ликвидации
пескопроявления
водозаборных
скважин
эффективны 2 метода - селективный и неселективный.
При
селективном
определяется
источник
поступления
песка:
цементный мост на переходе обсадных труб с одного диаметра на другой
диаметр;
сварное
соединение
обсадной
или
фильтровой
колонны;
непосредственно фильтр. Это место герметизируется цементом; скважина
очищается от песка и посторонних предметов, осваивается и выводится на
рабочий режим плавным пуском. Для откачки песка и продуктов коррозии
из скважины используется не компрессор, а разработанный струйный насос,
т.е.
исключается
необходимость
использования
при
ремонте
как
компрессора, так и буровой установки, что значительно снижает стоимость
ремонта скважины. При этом откачка кольматанта, продуктов коррозии и
песка производится одновременно с очисткой колонн и фильтров, за одну
спуско-подъемную операцию.
При неселективном скважина очищается от песка и посторонних
предметов, производится спуск новой обсадной и фильтровой колонны
меньшего
диаметра
из
стали
или
непластифицированного
поливинилхлорида (НПВХ).
Для реализации любого варианта, оценки технологичности и
стоимости ремонта необходимо знать конструкцию скважины, иметь
сведения о наличии в ней песка и посторонних предметов (насосов,
водоподъемных труб, кабелей, гаек, ключей, тросов и др.). В настоящее
время эти данные легко устанавливаются с помощью глубинной
видеокамеры, что позволяет принять рациональное решение о методе и
технических средствах ремонта скважины, значительно сократить время
ремонта. К примеру, с ее помощью оборванные трубы и насос извлекаются
за 2-3 часа. Ее использование до и после очистки позволяет визуально
оценить эффективность обработок. При необходимости установления
источника
поступления
песка
используется
установка
пакера
с
одновременной откачкой воды из скважины струйным насосом (с малыми
габаритными размерами) и видеообследованием.
Таким
образом,
разработанные,
апробированные
в
экспериментальных и натурных скважинных условиях и внедренные
технологии ремонта и восстановления скважин являются эффективными,
экологически безопасными, позволяют провести реанимацию водозаборных
скважин за 2-3 дня без применения штатного бурового оборудования.
Применяемые методы раскольматации при работе на оптимальных
расходно-напорных
и
амплитудно-частотных
режимах
обеспечивают
высокую эффективность обработок и не вызывают нарушений технического
состояния скважины – целостности проволочных и сетчатых фильтров,
цементного кольца, обсадной колонны.
Список литературы.
1.
Дыбленко В.П., Камалов Р.Н., Шариффулин Р.Я., Туфанов И.А.
Повышение продуктивности и реанимация скважин с применением
виброволнового воздействия. – 2000 г.
2.
Запорожец
Е.П.,
Зиберт
Г.К.,
Запорожец
Е.Е.
«Гидродинамическая кавитация» (свойства, расчеты, применение). Обз.
Инф. Серия: Подготовка и переработка газа и газового конденсата. – М.:
ООО «ИРЦ Газпром», 2003. - 130 с.
3.
Ибрагимов Л.Х., Мищенко И.Т., Челоянц Д.К. Интенсификация
добычи нефти. – М.: Наука, 2000. – 414 с.
4.
Омельянюк М.В. Очистка нефтепромыслового оборудования от
отложений солей с природными радионуклидами// Защита окружающей
среды в нефтегазовом комплексе, 2008. – № 2. – С. 23 – 29.
5.
Омельянюк М.В. Результаты опытно-промышленных работ по
высоконапорной
очистке
систем
охлаждения
газоперекачивающих
агрегатов в ООО «Кубаньгазпром»/ М.В. Омельянюк, Г.Т. Вартумян, А.Н.
Черномашенко, Е.М. Костенко // Нефтепромысловое дело, 2008. – № 6.
6.
Омельянюк М.В. Повышение эффективности кавитационной
реанимации скважин// Нефтепромысловое дело, 2008. – № 5. – С. 35 – 41.
7.
Омельянюк М.В. Очистка гидротехнических сооружений и
плавсредств от обрастаний и наслоений// Защита окружающей среды в
нефтегазовом комплексе, 2009.-№ 2. С. 45-48.
8.
Омельянюк М.В. Повышение эффективности очистки насосно-
компрессорных
труб
от
отложений
солей
с
естественными
радионуклидами// Нефтепромысловое дело, 2009.- № 6. С. 34-37.
9.
Рублев А. Б. Разработка и исследование технических и
технологических решений интенсификации добычи нефти при вторичном
вскрытии и обработке призабойной зоны пласта (на примере Самотлорского
месторождения): Автореферат дис… канд. технич. наук. – Тюмень, 2005. –
24 с.
10.
Эванс А., Рафф А., Видерхорн С. и др. Эрозия: Пер. с англ./Под
ред. Прис К. – М.: Мир, 1982. – 464 с., ил.