Схема компоновки струйного насоса в скважине

Технологии исследования
скважин с помощью СН
Лекция
Методы освоения и исследования
 Вопросами освоения и исследования скважин занимались
многие отечественные и зарубежные исследователи. Среди
них следует отметить Возного В. Р., Гарбара П. И., Грачева
С.И., Гурьевских Г. К., Замахаева В. С., Зозулю Г.П.,
Качмара Ю. Д., Клевцура А. П., Кузнецова Ю. С., Курыло Г. П.,
Медведского Р. И., Найдёнова В. М., Нестерова В. Н.,
Овчинникова В. И, Овчинникова В. П, Пешкова В. Е., Полякова
В.Н., Светашова Н. Н., Стасюка М. Е., Телкова А. П.,
Федорцова В. К., Хоминца З. Д., Ягафарова А. К.,
Яремийчука Р. С., Кристианса, Н. Экономидеса.
 В практике работ к технологическим процессам вызова
притока и освоения скважин на месторождениях Западной
Сибири сложился единый, стандартный подход. Сущность его
заключается в снижении противодавления на пласт путем
замены глинистого раствора на техническую воду, а при
отсутствии притока - заменой воды на нефть и постепенным
снижением уровня жидкости в колонне или созданием
депрессии при помощи испытательных инструментов на
трубах.
В практике работ для освоения скважин применяются следующие наиболее
распространенные технологии.

Гидросвабирование. Технология заключается в том, что нагнетанием жидкости в
пласт в прискважинной зоне создается давление, превышающее пластовое, после
чего скважину пускают на самоизлив. Операция повторяется многократно.

Буферный способ освоения скважин. Широко применялся на разведочных скважинах
Западной Сибири. Сущность способа заключается в снижении уровня в колонне
путем продавливания нескольких воздушных подушек в затрубное пространство
скважины.

Метод свабирования. Заключается в снижении уровня жидкости в скважине с
помощью специального устройства - сваба. В настоящее время разработано большое
количество конструкций свабов.

Метод освоения скважин с помощью азотгенерирующих установок. Первые работы
еще в СССР были проведены на Долинском нефтяном месторождении Закарпатья в
скважинах, глубиной 3500 м (Качмар Ю.Д., 1975г.). В настоящее время разработаны и
применяются новые конструкции установок, например, фирмы ОАО «Югсон–Сервис»,
которые являются более производительными и мобильными.

Метод освоения скважин с помощью компрессоров

Метод освоения скважин с помощью струйного насоса.
Теоретические основы работы
струйных аппаратов

Вызов притока при помощи струйных аппаратов
обеспечивается путем снижения давления в подпакерной
зоне до значения, меньше гидростатического.

В струйных аппаратах происходит смешение и обмен
энергии двух потоков с разными давлениями, в результате
чего образуется смешанный поток с переменным
давлением. Поток, соединяющийся с рабочим потоком
называется инжектируемым.

В струйных аппаратах происходит превращение
потенциальной энергии потока в кинетическую, которая
частично передается инжектируемому потоку. Во время
протекания жидкости через струйный аппарат
выравниваются скорости потоков и снова происходит
превращение кинетической энергии смешанного потока в
потенциальную.
Схема работы струйного
насоса
Все струйные насосы,
применяемые в
освоении скважин,
принадлежат к
высоконапорным, у
которых соотношение
площадей камеры
смешивания fc и
рабочей насадки fp
меньше четырех
(fc/fp<4).
Схема компоновки струйного
насоса в скважине
1. Рабочая жидкость подается с
поверхности по колонне НКТ к
рабочей насадке струйного насоса.
Далее поток проходит через камеру
смешивания с диффузором и через
затрубное пространство
направляется к устью скважины.
2. Инжектированный поток (пластовая
жидкость) по всасывающей линии
поступает в камеру смешивания
аппарата, где смешивается с рабочим
потоком. Всасывающая линия
образована находящейся ниже
насоса колонной НКТ.
Струйные насосы различаются по конструктивным
решениям и в последнее время применяются:








вставные – насос опускается в скважину после спуска колонны НКТ
невставные – насос опускается в скважину на колонне НКТ
проходные – имеется канал для пропуска геофизической аппаратуры через
насос
непроходные – канал для пропуска аппаратуры отсутствует
прямой промывки – нагнетание рабочей жидкости осуществляется в
колонну НКТ
обратной промывки – нагнетание рабочей жидкости осуществляется в
затрубное пространство
однорядные – рабочий орган (насадка+приемная камера) один
многорядные – рабочих органов несколько
Возможны конструкции насосов, комбинированные из вышеперечисленных.
Оборудование
1.

Пакеры
Пакеры – специальные технологические устройства, предназначенные для
разобщения отдельных участков ствола скважины. По способу установки
различают пакеры с опорой на забой и с опорой на стенку скважины, а по способу
создания усилия на деформирующийся уплотнительный элемент – механического
и гидравлического действия. При работе со струйным насосом применяют пакеры
механического действия, так как пакеры гидравлического действия приводятся в
рабочее положение изменением давления в скважине, в то время как изменение
давления в скважине при использовании струйного насоса уже используется для
технологических целей. Возможно применение пакеров как с опорой на забой, так
и с опорой на стенку скважины.
2. Насосные агрегаты
При работе со струйными насосами используют цементировочные агрегаты и
специальные насосные агрегаты, предназначенные для выполнения специальных
видов работ на скважинах.
3. Глубинные приборы и специальные клапаны
Для контроля за процессом освоения и проведения гидродинамических
исследований в поднасосную часть компоновки испытательного инструмента
устанавливаются глубинные манометры. Допускается применение любых
автономных глубинных манометров с временем записи свыше 48 часов. Для записи
КВД с закрытием скважины на забое под струйным насосом устанавливается
стандартный тарельчатый или шаровой клапан, который срабатывает под
действием гидростатического давления во время прекращения циркуляции
наземными установками.
4. Насосно-компрессорные трубы и фонтанная
арматура.
Спуск подземного оборудования осуществляется на насоснокомпрессорных трубах. При работе со струйными насосами
используется стандартная фонтанная арматура. Тип
фонтанной арматуры выбирается в зависимости от
ожидаемого максимального давления на устье и размеров
установленного фланца колонной головки. Рабочее давление
фонтанной арматуры должно быть равно или больше
максимального давления на устье.
5. Шламовые фильтры.
Для предотвращения загрязнения рабочих узлов струйного
насоса шламом и другими мехпримесями на нагнетательной
линии
устанавливается
фильтр
ФП-1.
Допускается
применение щелевого фильтра, который отличается от
фильтра ФП-1 тем, что фильтровая труба перфорирована не
круглыми отверстиями, а щелями шириной 3
мм,
расположенными в шахматном порядке.
Технические, условия регламентирующие
применение струйных насосов
1. Внутренний диаметр эксплуатационной колонны должен
обеспечивать прохождение подземного оборудования.
2. Эксплуатационная колона должна быть герметичной при
пробном давлении. Цементное кольцо должно быть
качественным (определяется по данным ГИС).
3. Близлежащие продуктивные пласты должны отстоять от
перфорированного интервала не менее, чем на 15 метров.
4. При невыполнении оного из перечисленных условий
применение струйного насоса не допускается.
Расчет технологических параметров
процесса освоения
Допустимое значение депрессии, при условии сохранения целостности ПЗП,
определяется по формуле Ю.В. Вадецкого и Б.И. Окуня:
P  R  Q  Pпл (n  1)  2г
где P - предел прочности пород на сжатие в направлении, перпендикулярном оси
скважины, МПа
R – допустимое значение депрессии, МПа;
Q – коэффициент определяющий значение прочности горной породы под действием
промывочной жидкости, МПа;
Рпл – пластовое давление, МПа;
n – коэффициент, учитывающий сцементированность горных пород и сжимаемость
твёрдой фазы скелета горных пород;
 - коэффициент бокового распора
г – горное давление, МПа;
Численные значения R, Q, n и  определяются экспериментально. При отсутствии
информации значения Q, n и  принимают равными единице, чем обеспечивается
максимальный запас прочности ПЗП. Если окажется по величине больше пластового
давления, то принимают равным пластовому.
Для расчета режима работы струйного насоса используется его
безразмерная характеристика, полученная на основании
применения закона сохранения количества движения в
характерных сечениях струйного аппарата:
fp 
p fp 2
p fp
Pc
1,75  0,7

U  1,07
1U 2
Pp
fc 
i f c
i f c





где Pc - разница давлений смешанного и инжектированного потоков;

fp, fc - площади соответственно: рабочего сопла на выходе потока,
камеры инжекции и камеры смешивания;
  p ,  i ,  с , - плотность соответственно: рабочего, инжектированного и
смешанного потоков;

U – коэффициент инжекции.
Соотношение перепадов давлений
струйного насоса:
Pc
Pp называется относительным напором
Pc Pc  Pi

Pp Pp  Pi
где: Pc, Pi, Pc статические давления соответственно: смешанного,
инжектированного и рабочего потоков.
Коэффициент инжекции определяется из выражения:
Qi
U
Qp
где:Qi и Qр – соответственно расходы инжектируемой и рабочей жидкости.
Значения давлений на входе в рабочее сопло Рр и на выходе из струйного Рс насоса
рассчитываются по уравнениям:
Pp=Pжp+Pa-P*
Pс=Pжc+P**
где: Pжр, Pжc - давление (гидростатическое) столба рабочей и смешанной
жидкости,
Pжp=рgH; Pжс=сgH;
Pa – давление выкидной линии наземного насоса;
P*, P** - потери давления соответственно: в колонне НКТ и в затрубном пространстве;
H – глубина установки струйного насоса в скважине.
Минимально необходимое время отработки скважины на
установившемся режиме определяется:
1,283e
5, 784T / Rк2
 0,01ln Rк / rс
где:
T – время работы скважины на установившемся режиме, сек;
 - пьезопроводность пласта, см2/сек;
Rк – радиус контура влияния скважины, см;
rc – радиус скважины, см.
Для практических целей рекомендуется пользоваться диаграммой:
Минимально необходимое время для записи КВД определяется из условия
получения прямолинейного участка КВД на полулогарифмическом графике и
достаточно уверенно подчиняется закону, выраженного уравнением:
Tmin
Vп 
 55,5
 10
Q
где:

Vп – подпакерный объем скважины, см3;
 - сжимаемость пластового флюида 1/МПа;

Q – средний дебит притока до закрытия на КВД, см3/с.
Схема обвязки устьевого оборудования при освоении и
исследовании скважины струйным насосом
Технология освоения и исследования
скважины
Перед началом освоения необходимо замерить начальный уровень рабочей жидкости в
мерной ёмкости.
Создание депрессии на пласт осуществляется нагнетанием жидкости в колонну НКТ или
затрубное пространство, в зависимости от типа применяемого струйного насоса.
Для очистки прискважинной зоны пласта и вызова притока, на пласт воздействуют методом
переменных давлений. Для этого в течение 5-10 минут создаётся депрессия, затем закрыв
затрубную задвижку фонтанной арматуры – при работе через трубное пространство, или
трубную задвижку – при работе через затрубное пространство, поднимают давление на устье
скважины до значения не превышающего давления опрессовки эксплуатационной колонны.
Затем задвижка открывается для снятия давления в скважине. Далее вновь создается депрессия.
Воздействие по методу депрессия-репрессия повторяется 20-30 раз. Для выполнения этой
операции в компоновке подземного оборудования обратный клапан не устанавливается.
При записи КВД с закрытием на забое, вызов притока осуществляется периодическими
остановкой и пуском насосных агрегатов. При этом в подпакерной зоне будет создаваться
депрессия – при работе агрегатов и восстанавливаться до пластового – при прекращении
циркуляции.
Гидродинамические исследования проводятся методами установившихся отборов и на
неустановившейся фильтрации. Наиболее информативные исследования получают при
использовании в компоновке инструмента обратного клапана.
Исследования производятся на 3-4 режимах работы. Путём подбора передачи коробки
перемены передач насосного агрегата и числа оборотов коленчатого вала двигателя
устанавливается стационарный режим отбора.
При наличии в компоновке клапана, после каждого режима производится запись КВД. При
остановке циркуляции клапан закрывается под весом столба жидкости.
Если пластовое давление выше гидростатического, закрытия клапана можно добиться
созданием избыточного давления на устье скважины.
Дебит скважины определяется путём замера прироста уровня жидкости в мерной емкости за
определенный промежуток времени, либо с применением специальных расходомеров.
Освоение, исследование
скважин,
интенсификация
притоков посредством
струйных насосов
Вызов притока,
исследования
Выдача конечной информации о
фильтрационно емкостных
свойствах пласта
Промышленный приток или
рентабельный дебит
МУО и КВД№1
Непромышленный
приток
Принятие решения о методах
воздействия на пласт
Обработка ПЗП
Вызов притока,
исследования
МУО и КВД№2
Технологии освоения и
исследования скважин с
помощью струйных
насосов
Спуск
компоновки на
внешнем лифте
Геофизические
исследования
двухпластовых
скважин
101.6 мм НКТ
Установка пакера
Струйный насос
Пакер
Геофизические
исследования
двухпластовых
скважин
101.6 мм НКТ
Струйный насос
Пакер
Геофизические
исследования
двухпластовых
скважин
101.6 мм НКТ
Спуск
внутреннего
лифта
60.3 мм НКТ
Струйный насос
Пакер
Геофизические
исследования
двухпластовых
скважин
101.6 мм НКТ
Запуск струйного
насоса
Стабилизация
динамического
уровня и
депрессии
60.3 мм НКТ
Динамический
уровень
Струйный насос
Пакер
Исследования
приток-состав
Геофизический
прибор
Геофизические
исследования
двухпластовых
скважин
Проведение
перфорации
и испытания
объекта за
один спуск
компоновки
Установка пакера
Кумулятивная
перфорация
73 мм НКТ
Струйный насос
Втулка-клапан
в закрытом
состоянии
Пакер
Кумулятивный
перфоратор
Проведение
перфорации
и испытания
объекта за
один спуск
компоновки
Сброс
клапанного
шпинделя.
Открытие втулкиклапана
давлением
агрегата
Освоение
скважины
73 мм НКТ
Струйный насос
Втулка-клапан
в открытом
закрытом
состоянии
Клапанный
шпиндель с
автономным
манометром
Пакер
Кумулятивный
перфоратор
Проведение
перфорации
и испытания
объекта за
один спуск
компоновки
Проведение
освоения и
исследования
скважины
насосновибрационны
м снарядом
73 мм НКТ
Обработка
прискважинной зоны
гидровибрационным
воздействием
Втулка-клапан в
закрытом
состоянии
Струйный насос
надпакерный
Обратный клапан
Пакер
Внутренний лифт
Струйный насос
подпакерный
Втулка-клапан в
закрытом
состоянии
Гидровибратор
Контейнер с
автономными
манометроми
Проведение
освоения и
исследования
скважины
насосновибрационным
снарядом
73 мм НКТ
Клапанный
шпиндель с
автономным
манометром
Втулка-клапан в
открытом
состоянии
Струйный насос
надпакерный
Обратный клапан
Пакер
Внутренний лифт
Струйный насос
подпакерный
Шар-инициатор
Втулка-клапан в
открытом
состоянии
Гидровибратор
Контейнер с
автономными
манометроми
Проведение
освоения и
исследования
скважины
насосновибрационным
снарядом
73 мм НКТ
Освоение скважины
подпакерным насосом
Установка
пакера.
Открытие
Сброс шараклапана
Запуск
струйного
струйного
инициатора
насоса
насоса.
Освоение
скважины
Втулка-клапан в
закрытом
состоянии
Струйный насос
надпакерный
Обратный клапан
Пакер
Внутренний лифт
Струйный насос
подпакерный
Втулка-клапан в
открытом
закрытом
состоянии
Гидровибратор
Контейнер с
автономными
манометроми
Проведение
освоения и
исследования
скважины
насосновибрационным
снарядом
Проведение
освоения и
исследования
скважины
насосновибрационным
снарядом
Проведение
ГТМ физикохимическими
методами
Закачка на забой
скважины
химреагента
73 мм НКТ
Струйный насос
Пакер
Фильтр с
автономным
манометром
Заглушка
Проведение
ГТМ физикохимическими
методами
Установка пакера
Прокачка
химреагента в
пласт
73 мм НКТ
Проведение
ГТМ физикохимическими
методами
Струйный насос
Втулка-клапан в
закрытом
состоянии
Пакер
Фильтр с
автономным
манометром
Заглушка
Сброс
клапанного
шпинделя.
Открытие втулкиклапана
давлением
агрегата
Проведен
ие ГТМ
физикохимическ
ими
методами
73 мм НКТ
Струйный насос
Клапанный
шпиндель с
автономным
манометром
Освоение
скважины
Втулка-клапан в
открытом
состоянии
Пакер
Фильтр с
автономным
манометром
Заглушка
Возможные осложнения и способы их устранения
№ пп
Наименование
осложнения
Вероятные причины
Способы устранения
1.
Резкое
повышение
давления
в
нагнетательной линии
-
Засорение сопла
Засорение
камеры
смешивания
Создать обратную циркуляцию.
При отсутствии положительного результата
произвести подъем устройства и очистить
засорившийся узел.
2.
Постепенное повышение
давления
в
нагнетательной линии
-
засорение наземного
фильтра
засорение забойного
фильтра
Прочистить фильтр.
Обратной промывкой в объеме скважины вымыть
мехпримеси.
При отсутствии положительного результата
произвести подъем устройства и очистить
засорившийся узел.
Резкое падение давления
в
нагнетательной
линии
-
нарушение
герметичности пакера
нарушение
герметичности
колонны НКТ
Провести повторную установку пакера. При
отсутствии
положительного
результата
произвести подъем и ревизию подземного
оборудования.
Поднять колонну НКТ и заменить дефектные
трубы.
Постепенное
падение
давления
в
нагнетательной линии
-
размыв сопла
размыв
камеры
смешивания
размыв
резьбового
соединения НКТ
Поднять подземное оборудование. Заменить
неисправные узлы.
Поднять колонну НКТ и заменить дефектные
трубы.
размыв сопла
размыв
камеры
смешивания
размыв
резьбового
соединения НКТ
Поднять подземное оборудование. Заменить
неисправные узлы.
Поднять колонну НКТ и заменить дефектные
трубы.
присыпание
струйного
насоса
мехпримесями
из
пластового флюида
Промыть скважину до чистой жидкости
3.
4.
-
-
-
5.
Уменьшение
количества
откачиваемой
жидкости
-
6.
Увеличение давления при
восстановлении
нагнетания жидкости
после
технологических
-
Добыча нефти с
помощью СН
Применение СН при добыче
высоковязких нефтей
 В связи с истощением запасов маловязких подвижных
нефтей все более актуальной становится проблема
добычи высоковязких нефтей. Технология добычи
таких нефтей сложна и мало изучена. Высокая вязкость
– до 400 сПз и высокое содержание в продукции
мехпримесей – 400-700 мг/кг приводят к тому, что
общепринятыми и широко используемыми способами
добыча нефти невозможна.
 Струйные аппараты по своей конструкции из-за отсутствия
движущихся деталей некритичны при создании депрессии к
вязкости добываемой жидкости, наличию в потоке
мехпримесей и могут работать в широком диапазоне дебитов
нефти.
Схема размещения подземного
оборудования при эксплуатации скважины
струйным насосом
Скважина-акцептор
Скважина-донор
М
На ГЗУ
“Спутник”
Высоконапорный ЭЦН
Компоновка струйного насоса
Добыча нефти
тандемом скважин
Добыча нефти с использованием
воды от системы ППД
 Для работы струйного насоса используется вода и
энергия из промысловой системы ППД. Для этого
устье скважины обвязывается с системой ППД
через регулируемый штуцер – для управления
режимами работы насоса.
 Рабочая жидкость из системы ППД, пройдя через
скважину, возвращается в полном объеме в
нефтесборный коллектор, замеренный ГЗУ
«Спутник» дебит представляет сумму объемов
жидкостей рабочей и извлекаемой из пласта.
Добыча нефти с использованием
воды от системы ППД
220 V ( на кабельную эстакаду)
да
Во
от
ы
ем
ст
и
с
Д
ПП
6
7
1
5
На байпасную
линию ГЗУ
“Спутник”
3
2
5
4
3
2
1 - 0,75 м
Не более 10 м
8