CC BY
52
© Н.А. Дзоз, Ю.А. Жулай, 2008
УДК 622.245.5:532.528:534-14 Н.А. Дзоз, Ю.А. Жулай
ИНИЦИИРОВАНИЕ ВОДЯНЫХ СКВАЖИН ПУТЕМ КАВИТАЦИОННОГО ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
Семинар № 21
В процессах раскольматаций скважин использование генератора колебаний давления жидкости, преобразующего стационарное течение в дискретно-импульсное, увеличивает степень проницаемости пласта. Это происходит за счет формирования сети пор и каналов и выноса из продуктивной зоны твердой фазы и фильтрата и приводит к повышению дебита скважины.
Эффективность применения различных способов и методов освоения и эксплуатации водоносных пластов оценивается по дебиту скважины. Для его увеличения необходимо проведение комплекса технических мероприятий, связанных с процессами расколь-матации продуктивных зон фильтров. К ним относятся различные способы промывки, электроимпульсный способ, механическое вибрационное воздействие на колонну с фильтром, вибрационная гидродинамическая обработка скважин, пневмоимпульсная расколь-матация, механическая чистка шарошечными долотами, откачка эрлифтом и т.д. [1]. В последние годы начали применяться гидравлические свистки и магнитострикционные генераторы ультразвуковых колебаний.
Не вдаваясь в анализ названных способов и средств, можно отметить следующее:
- технические средства для рас-кольматации не унифицированы и не
дают возможности использования оборудования скважин (глубинного насоса, водоподъемных труб и т.д.), что является особенно важным в процессе эксплуатации скважины;
- указанные генераторы имеют ограниченные ресурсные показатели: магнитострикторы - в связи с характеристикой их материала, гидравлические свистки - в связи с быстрым разрушением стенок при схлопывании на них кавитационных каверн.
Перечисленные недостатки определяют преимущества генератора колебаний давления жидкости (ГКД) [2], который имеет довольно длительный ресурс работы (т.к. не содержит быстроизнашиваемых элементов и подвижных частей) и не требует дополнительных источников энергии.
В генераторе реализуется перио-дически-срывное кавитационное течение жидкости, преобразующее стационарный поток в дискретно-импульсный большой мощности в диапазоне звуковых частот и давлением в импульсе в 1,5 - 2,7 раза превосходящее давление на входе в генератор [3].
При его использовании эффективность увеличения фильтрационных свойств продуктивных пластов значительно возрастает. В результате гидродинамического воздействия на горную породу в пласте формируются продольные и поперечные волны,
возбуждающие упругие (собственные) колебания пористой среды, которые, в свою очередь, приводят к нарушению сплошности, идущей с образованием сети микротрещин. По сравнению с классическими (статическими) способами гидроразрыва пласта при гидродинамической виброобработке среднее давление раскрытия пласта в 2-2,5 раз ниже, чем при статическом гидроразрыве [4].
Исследование процесса передачи пульсаций давления жидкости на стенку скважины было выполнено на гидравлическом стенде в ИГТМ НАН Украины [4]. В качестве примера на рис. 1 представлены копии участков осциллограмм с записью параметров кавитационных автоколебаний, реализовывавшихся в гидравлической системе за кавитационным генератором в трубопроводе-имитаторе скважины АР2 - справа и ЛР3 - слева на расстояниях « 0,2 м и 2,5 м от выхода из генератора соответственно. Характер этих колебаний подтверждает возможность преобразования стационарного потока в пульсирующий.
Экспериментальные зависимости частоты кавитационных автоколебаний / и «двойной амплитуды» ЛР2 и ЛРз от соотношения средних давлений Р2/Р1 представлены на рис. 2. В связи с негармонической формой ко-
Рис. 1. Копии участков осциллограммы с записью колебаний давления за генератором АР2 и в трубопроводе-имитаторе скважины АРэ
лебаний под «двойной амплитудой» в данном случае понимается разность максимального и минимального значений давления в импульсе, т.е. ЛР = Ртах -
Р . г тт-
Из приведенных зависимостей видно, что при уменьшении отношения Р2/Р1 двойные амплитуды колебаний ЛР2 и ЛРз увеличиваются, достигая своего максимального значения при Р2/Р1 « 0,08, а затем уменьшаются.
Максимальные значения давления в импульсе ЛР2 в 1,8 раз превышают давление питания, а ЛР3 составляют
0,2Р1. В диапазоне изменения отношений Р2/Р1 = 0,15^0,5 значения импульсов ЛР2 и ЛР3 практически не меняются и уменьшаются с увеличением Р2/Р1 > 0,5. Зависимость частоты кавитационных колебаний от соотношения Р2/Р1 близка к линейной, с ростом соотношения наблюдается повышение частоты колебаний давления жидкости.
Учитывая экспериментальные сложности в количественной регистрации увеличения сети трещин и капилляров под действием импульсов давления жидкости, в работе [5] для оценки роста параметров проницаемости пластов использовался технический параметр - дебит скважины, по величине которого производилась оценка фильтрационных свойств скважины.
Раскольматация гидрогеологических скважин и фильтров осуществ-
Рис. 2. Экспериментальные зависимости кавитационных колебаний давления в трубопроводе-имитаторе скважины АР2 и АР3 и частоты следования импульсов / от соотношения Р2/Рг
лялась с использованием генераторов колебаний давления жидкости со следующими техническими характеристиками:
• наружный диаметр, мм - 73;
• диаметр критического сечения генератора, мм - 6-10;
• расход жидкости, л/мин -140-300;
• давление в нагнетательной
линии насоса, МПа - 1,0-4,0.
При указанных режимных параметрах ГКД обеспечивал частоту колебания давления жидкости от 170 до 1400 Гц, максимальные значения амплитуд импульсов давления 3,5-12,0 МПа при соотношении давлений
Р2/Р1 = 0,2-0,3 [5].
В процессе работ, связанных с раскольматацией скважин, применялись датчик статического давления для определения столба жидкости над ним, т.е. для определения уровня воды в скважине, датчик пульсаций давления ЁХ-611, манометр технический класса 0,6 с диапазоном измерений 025 МПа. Сигналы датчиков выводи-
лись на светолучевой осциллограф. Обработка данных велась прямыми замерами уровня сигналов на экране осциллографа и по фотографиям с этого экрана. Для расчета показателей бралось среднее значение по десяти сигналам.
На рис. 3 показана схема расколь-матации скважин с питанием ГКД от погружного насоса. Последний должен иметь запас мощности, больший по сравнению с необходимым для заливки воды в водонапорную башню на 0,6-0,8 МПа. К трубам, на которых опускался в скважину погружной насос, крепился кабель, соединенный с датчиком статического давления для определения уровня воды, а во время испытаний ГКД вдоль линии, питающей гидродинамическое устройство, размещался кабель датчика пульсаций.
В соответствии с приведенной схемой было произведено восстановление двух скважин, которые находились на обслуживании ПО "Сельхоз-водспецмонтаж" и агрофирмы "Ща-пово".
Они были оборудованы колодцами с размещением в них обвязки с вентилями и манометрами и обсажены кондукторами диаметром 406 мм на глубине 2,9 м, а затем обсадными колоннами. Отбор воды производился из открытого ствола.
В процессе работы проводилось сравнение эффективности раскодьма-тации скважин до и после её обработки. При долговременном воздействии изменение дебита фиксировалось при каждом замере.
Вначале по показанию датчика статического давления был определен дебит скважины и уточнена её глубина. В последующем в период обработки пласта постоянно проводился замер дебита. Дебит определялся после отключения насоса по приращению статического давления в задан-
ных пределах с учетом соответствующего времени и объема участка скважины
_ _ йУ _ пй2 йк _ пй2 йР й 4 й 4р й ’
где Р - приращение давления; в - диаметр скважины; р - плотность воды; t - время на изменение уровня воды в скважине.
Погружной насос обеспечивал производительность 8,6 м3/ч.
В соответствии с технологической схемой (рис. 3) весь расход жидкости, обусловленный производительностью насоса, можно использовать для привода ГКД иди работать в режиме распределения расхода воды: часть в водонапорную башню, а другую - для питания гидродинамического устройства.
Вначале скважина была обработана в режиме поступления всей воды на генератор. Дебит был повышен на 40 %. Затем, после откачки погружным насосом воды на слив, что обеспечило очистку скважины от частиц шлама, перешли на второй режим, когда в период работы погружного насоса одновременно работал генератор и производился отбор воды в течение 68 часов. Количество жидкости, подаваемой на генератор, регулировалось по показаниям манометра. Общее повышение дебита по этой скважине составило 200 %.
Раскольматация с приводом ГКД от погружного насоса также проводилась в скважинах № 4493 и 4661 глубиной 100 м, обслуживающихся Псковским СМУ "Бурводстрой". Скважины были снабжены фильтро-
выми колоннами, выполненными в виде перфорированной трубы.
После обработки скважин гидродинамическим способом в течение 4 часов их дебит увеличился до 110% по отношению к замеренному дебиту до обработки.
Приведенная схема гидродинамической обработки скважины для её раскольматации имеет свои преимущества и недостатки.
Положительным является возможность использования технологического оборудования скважины, не прибегая к дополнительному транспорту. Обработка скважины может вестись достаточно долго, что определяется ресурсом работы генератора.
К недостаткам указанной схемы следует отнести малую приводную мощность и низкую эффективность
Рис. 4. Схема раскольматации скважины с приводом ГКД от автономного насоса:
1 - скважина; 2 - погружной насос; 3 - линии с генератором; 4 - шланг; 5 - лебедка; 6 - насос; 7 - емкость; 8 - вентили; 9
- водонапорная башня; 10 -КИП; 11 - датчик давления погружной; 12 - манометр
воздействия на точки поверхности, удаленные от ГКД.
Поэтому при пуске в эксплуатацию или для быстрого восстановления сильно закольматирован-ных скважин, предложена схема питания ГКД от автономного насоса (рис. 4).
Эта схема имеет преимущества благодаря автономному насосу, обеспечивающему работу ГКД заданной интенсивности. Не менее важно и то, что генератор может перемещаться на любую высоту и обрабатывать поверхность стенок скважины или фильтра поинтервально с отбором воды погружным насосом. Монтаж оборудования по этой схеме предусматривается на автомашине или прицепе.
Выводы
На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:
1. Обработка скважины с помощью генератора, преобразующего стационарное течение жидкости в дискретно-импульсное, позволяет увеличить дебит скважины до 200%. Это обусловлено формированием разветвленной сети пор и каналов за счет высокочастотного знакопеременного воздействия жидкости на капилляры породы, твердую фазу и
фильтрат, и эффективное удаление последних из продуктивной зоны.
2. Эффективность по раскольма-тации скважины и очистки фильтров зависит от схемы гидродинамического воздействия. При этом рекомендуется раскольматация скважины по двум схемам:
1. Башкатов Д.Н., Сулашкин С.С., Драхлис С.Ё., Квашнин Г.П. Справочник по бурению скважин на воду. - М: Недра, 1979. - 560 с.
2. А.с. 1232296 СССР, МКИ4 В 06 В 1/18. Генератор колебаний давления жидкости. В.В. Пилипенко, В.А. Задонцев, А.К. Манько, Н.А. Дзоз, Ю.А. Жулай. - Опубл. 22.01.86.
3. Пилипенко В.В. Кавитационные автоколебания. - К.: Наукова думка, 1989.
- 316 с.
4. Васильев Л.М., Жулай Ю.А., Буры-лов С.В., Моисеенко П.Ю. Возможность
- с приводом от погружного насоса для периодического воздействия на пласт при эксплуатации скважины в течение периода её работы;
- с приводом от автономного насоса для восстановления сильно за-кольматированных скважин и при пуске их в эксплуатацию.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
повышения эффективности предварительного увлажнения угольных пластов путем применения кавитационного генератора / Горный журнал Казахстана. № 7. - Алматы, КНТУ, 2006. - С.27-30.
5. Дзоз Н.А., Жулай Ю.А., Маломед Ю.А. О возможности использования гидродинамической кавитации в технологических процессах раскольматации скважин. Геотехническая механика. Сб. науч. трудов. № 58. - Днепропетровск, ИГТМ НАНУ. -2005. - С. 125-132. ЕШЗ
— Коротко об авторах------------------------------------------------------------------
Дзoз H.A. - доктор технических наук, EHnK «HіAKолор»,
Жyлaй Ю.A. - кандидат технических наук, ИТСТ HAH Украины.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 21 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. Л.И. ^нтвии.
