Удаление песчаных пробок из скважин

    1 Условия пескопроявления и образование песчаных пробок 

    Большинство исследователей объясняют вынос песка в скважину действием сил трения и образующимся при этом градиентом давления при фильтрации жидкости в скважину. При высоких градиентах давления и недостаточной прочности цементирующего материала зерна песчаника отделяются от основного массива и выносятся в скважину.

      При разработке продуктивных пластов, сложенных рыхлыми песчаниками, в ПЗП может образовываться зона подвижного песка (пластическая область). В этом случае в первые месяцы эксплуатации скважины наблюдается интенсивное неконтролируемое пескопроявление, связанное с вымыванием песка и образованием каверны у кровли пласта, либо у неразрушенного (более прочного) пропластка при неоднородном пласте. На образование и характер пластической области влияют многие факторы: перераспределение около горной выработки ранее существовавших напряжений, вызванное бурением; действие бурового раствора на цементирующий материал, скрепляющий зерна песка; ударные нагрузки на призабойную зону при кумулятивной перфорации; темпы отбора пластового флюида и ряд других. Вынос песка обычно увеличивается с ростом отбора продукции, при увеличении водонефтяного фактора, истощении эксплуатируемого пласта и др. 
Вероятно, что песок пластической области удерживается от выноса в скважину силой трения, определяемой давлением вышележащих толщ песка. Величина давления на любой глубине пластической области зависит от веса вышележащей толщи песка и горного давления вышележащих пород. Установлено, что вынос песка уменьшается с ростом давления обжима; при достижении давления обжима 0,3 МПа вынос песка стабилизируется и стремится к постоянной величине; песок, имеющий глинистый цемент, может быть подвержен упрочнению.

     Нередко роль связующего между песчинками в пласте — коллекторе выполняет сам скважинный флюид: например, в залежах высоковязкой нефти и битумов. В таких залежах интенсивность выноса песка из пласта в ствол скважины зависит от величины депрессии. Чем выше депрессия, тем больше песка поступает в скважину. Однако вследствие высокой вязкости скважинного флюида в стволе скважины песчаной пробки может не образовываться. Весь песок остается во взвешенном состоянии в нефти и с нею выносится на поверхность. Применение теплового воздействия на призабойную зону скважин при добыче высоковязких нефтей с одной стороны, снижая вязкость, увеличивает приток нефти к скважине и ее дебит, а с другой стороны, снижение вязкости под действием тепла приводит к выпадению песка в стволе скважины, образованию песчаной пробки, перекрывающей частично или полностью интервал перфорации пласта, и снижению дебита или прекращению подачи. В газовых скважинах вынос песка из пласта в ствол интенсифицируется при обводнении скважин на поздней стадии разработки месторождения, когда вода сначала вымывает связующие глинистые частицы, а затем выносит песок.  
 

      2 Технологические методы снижения пескопроявлений в скважинах 

    Применяемые методы, направленные на предотвращение выноса песка в скважину, условно делят на 3 группы:

— механические методы, предполагающие создание искусственных  перемычек, предотвращающих доступ песка в скважину;

— химические методы, основанные на закачке в  пласт веществ, впоследствии твердеющих и цементирующих песок;

— комбинированные  методы, предполагающие использование  механических фильтров и химическое закрепленние зерен песка.

     При выборе способа борьбы с выносом песка в скважину учитывается ряд факторов. Большое значение имеет конструкция забоя скважин. При заканчивании скважин с открытым забоем, как правило, используются механические или комбинированные способы. Химические методы закрепления песка применяются, в основном, в новых скважинах, где еще не успели образоваться каверны из-за выноса песка. При выборе способа борьбы с выносом песка учитываются температурные ограничения. Для химических методов допускаемые пределы температур составляют 16-175° С, для механических методов таких ограничений нет, кроме тех случаев, когда при образовании набивок используются нефть или загущенные растворы.

     К технологическим методам предотвращения пескопроявления в скважинах относится прежде всего регулирование отборов флюидов из скважины. При этом определенное значение имеет вязкость флюида в пластовых условиях. Чем выше вязкость флюида, тем меньший градиент давления может быть критическим, то есть таковым, при котором начинается вынос песка. Газ имеет значительно более низкую вязкость, чем вода или, тем более, тяжелая смолистая нефть. Поэтому газовый пласт, сложенный слабосцементированными песчаниками, может подвергаться более значительным депрессиям, поэтому в процессе разработки газового месторождения по мере отбора газа происходит стягивание контура водоносности или подъем подошвенной воды, благодаря чему вода приближается к эксплуатационной газовой скважине и, в конце концов, поступает на забой. Если песчаник сцементирован глинистым или извес-тковистым материалом, то вода по мере ее отбора из скважины постепенно вымывает этот материал, способствуя разрушению пласта даже при более низких депрессиях, чем первоначально. На практике осуществить такое регулирование отборов, чтобы совершенно предотвратить вынос песка из призабойной зоны в ствол скважины, невозможно. Спустя некоторое время песок будет накапливаться в стволе, образуя песчаную пробку. В то же время пробка может не образоваться, если скорость потока флюида в подъемных трубах будет выше критической, то есть такой, когда скорость восходящего потока флюида в трубках равна скорости падения песчинки в жидкости под действием силы тяжести. Подъемная сила струи флюида пропорциональна квадрату диаметра песчинки, а скорость падения под действием силы тяжести пропорциональна кубу диаметра песчинки. Расчеты показывают, что в зависимости от вязкости флюида, в котором во взвешенном состоянии находятся песчинки, критический размер песчинки лежит в пределах 0,35—0,15 мм. Песчаники меньшего размера не выпадают в осадок и не образуют пробки в стволе скважины. Если в ствол скважины из ПЗП выносятся более крупные песчинки, то, чтобы не допустить образования песчаной пробки, надо обеспечить скорость подъема флюида из скважины, способную вынести песок на поверхность. Однако, чем выше скорость подъема (отбора жидкости из скважины), тем выше депрессия на пласт, что недопустимо вследствие интенсификации разрушения пласта. Чтобы этого не допустить, применяют различные технологические мероприятия: используют подъемные трубы уменьшенного диаметра, подлив жидкости в затрубное пространство насосных скважин, полые насосные штанги, хвостовики, скребки-завихрители, глубинные насосы с плунжером «пескобрей» и др.

     Хвостовики-трубы небольшого диаметра, присоединяемые к глубинному насосу и опускаемые до нижних дыр фильтра обсадной колонны, предназначены для всасывания выносимого в ствол скважины песка из призабоинои зоны и выноса его на поверхность. Скребки-завихрители устанавливаются, как правило, на первой штанге над глубинным штанговым насосом и создают вихревое движение жидкости, скорость которого увеличивается у стенок труб и препятствуют оседанию песка над насосом.

     С целью предупреждения заклинивания плунжера насоса применяются полые штанги — НКТ диаметром 33, 42, 48 мм. Жидкость из насоса непосредственно направляется в полые штанги, не соприкасаясь с трущимися поверхностями насоса, что полностью исключает заклинивание плунжера. Для обвязки насосной установки с выкидной линией используется гибкий шланг либо специальная арматура. Подлив жидкости в затрубное пространство насосных скважин применяется при эксплуатации малодебитных скважин с обильным поступлением песка в них с целью обеспечения достаточной для выноса песка скорости флюида. Этот метод применяется при обязательном спуске хвостовика до нижних отверстий фильтра обсадной колонны. Жидкость, свободная от песка, подливается через отверстие в планшайбе. Эффективность метода подлива зависит от точности дозирования количества подливаемой жидкости.

     Объемный расход жидкости, необходимой для выноса различных фракций песка на поверхность, определяется по графику. Расчет производится по диаметру самых крупных песчинок, поступающих в ствол скважины из призабойной зоны пласта Размер песчинок отложен на оси абсцисс, а скорость потока — на оси ординат. Отметив на оси абсцисс точку, соответствующую расчетному диаметру песчинок, проводят вертикаль до пересечения с кривой соответствующей вязкости жидкости и на пересечении горизонтали, проведенной из этой точки, с осью ординат получают необходимую скорость w. Обычно на практике принимают скорость восходящего потока V = 2w.  
 

    3 Удаление песчаных пробок из скважин 

     При образовании песчаных пробок на забое скважин, несмотря на принимаемые меры по их предупреждению, дебит скважин снижается или скважина полностью прекращает подачу продукции Требуется проведение текущего ремонта по удалению песчаной пробки с забоя скважины. Для этого применяется прямая или обратная промывка ствола скважины, при этом нижний конец НКТ оборудуется специальными наконечниками либо используется струйный насос, а в трудных случаях при сильно уплотненных песчаных пробках — гидробур. При прямой промывке рабочую жидкость нагнетают в НКТ, спущенную до пробки, при этом размытая порода выносится по кольцевому пространству между эксплуатационной колонной и промывочными трубами. По мере размывания пробки НКТ наращивают. При необходимости создания большей скорости размывающей струи используют наконечник-мундштук — конусный патрубок, на конце которого имеется отверстие диаметром около 25 мм. Недостатком мундштука является необходимость его извлечения после промывки при пуске скважины в эксплуатацию. Скорость восходящего потока может оказаться недостаточной для выноса крупных зерен песка. Прямая промывка требует большого количества промывочной жидкости, что связано со значительным повышением давления на выкиде насоса.

      При обратной промывке жидкость закачивают в затрубное пространство скважины, а водопесчаная смесь выносится по насосно-компрессорным трубам. Промывка песчаных пробок является одним из самых простых способов их ликвидации Однако иногда (состояние обсадной колонны, большая приемистость пласта и др ) нет возможности использовать этот способ. В таких случаях применяют струйные аппараты, позволяющие производить промывку без давления на пласт со скоростью, почти равной скорости при обычной промывке.

      Струйные аппараты (диаметром 41 мм) состоят из струйного насоса и размывочной головки. В скважинах, где чистка пробок производится со специальными сдвоенными трубами, диаметр аппарата равен 90 мм В скважинах, где аппарат спускают на одном ряде труб и пропускают его внутри штангового насоса, наружный диаметр выбирают таким, чтобы он мог пройти через седло конуса и замок самого малого по размеру вставного глубинного насоса. Струйный аппарат со сдвоенными трубами диаметром 90 мм имеет длину около 1 м и массу около 15 кг.

     Общепринятая ликвидация песчаных пробок на скважинах сводится к следующему. Для очистки призабойной зоны от песка ее промывают, плотность промывочной жидкости и ее качество выбирают в зависимости от величины пластового давления и состояния призабойной зоны. Это может быть и буровой (глинистый) раствор с низкой водоотдачей, а следовательно, с высокой стабильностью, и меловая суспензия на водном растворе КМЦ, плотность которой может быть от 1050 до 1300 кг/м3 и с условной вязкостью до 300 с, а также гидрофобные эмульсии с эмульгатором РЭМ Плотность последних может колебаться от 900 до 1300 кг/м3.  
 

     4 Противопесочные фильтры 

     Противопесочные фильтры обычно имеют щелевидные отверстия и носят общее название стрейнеров. Несмотря на большое разнообразие их конструкций и способов изготовления, стрейнеры имеют щели, ширина которых в зависимости от предъявляемых требований может быть в пределах 0 15 - 2 5 мм и более. Это дает возможность регулировать количество поступающего в скважину песка.

     Капроновый противопесочный фильтр, состоящий из перфорированного корпуса, обмотанного тремя-четырьмя слоями капроновой ткани ( приклеенной к нему), приемлем в скважинах с дебитом, не превышающим 5 - 6 мэ / сут. Наилучшие результаты получены при использовании тонкой ткани. Более плотная ткань менее долговечна вследствие заклинивания и возрастания с течением времени сопротивления всасыванию.

     Сетчатый противопесочный фильтр представляет собой трубу D 89 мм с продольными окнами шириной 5 - 10 мм и длиной 100 мм, на которую намотана латунная сетка с квадратными ячейками 4x4 мм для придания прочности. На нее наматывается основная фильтровальная сетка с квадратными ячейками 0 25 х 0 25 мм. Фильтры эффективны при незначительной расходной концентрации механических примесей ( менее 0 2 %) в жидкости. Применение этих фильтров в скважинах с большим содержанием песка - и ила приводит к быстрому забиванию или заклиниванию их ячеек.

     Проволочный противопесочный фильтр состоит из трубы с продольными щелями шириной 3 - 4 мм и длиной 150 мм. На трубу наматывается проволока d 2 мм. При этом между витками проволоки образуются щели шириной 0 25 - 0 30 мм и длиной 3 - 4 мм.

     Пружинный противопесочный фильтр, являющийся одновременно устройством по предотвращению поступления свободного газа в насос, отличается от предыдущих конструкций наличием внутренней всасывающей трубки, ввинченной в переводник. Эта деталь, выполняя роль трубки в обыкновенном газовом сепараторе, способствует отделению газа от жидкости.

     Вставные забойные противопесочные фильтры внедрены на месторождении с 1981 г. Всего за 1981 - 1988 гг. выполнено 540 скважино-ремонтов, связанных с установкой, заменой и извлечением фильтров, что составляет около 60 % всего объема капитального ремонта скважин ( КРС) по управлению.

     Эффективность противопесочных фильтров зависит от размеров частиц, из которых составлен фильтр ( гравийные фильтры), формы ячеек ( пор) материала частиц. К сожалению, этот вопрос еще недостаточно изучен.

     При подборе противопесочных фильтров для скважин с обсаженным стволом необходимо ориентироваться не только на фракционный состав пластового песка с целью определения оптимального размера щели, но и также для формирования естественной набивки из пластового песка с высокой проницаемостью в системе пласт - перфоканал требуется учитывать величину кольцевого зазора между фильтром и обсадной колонной.

     Ниже описываются конструкции противопесочного фильтра с двумя ступенями сепарации.

     К механическим методам относятся противопесочные фильтры различной конструкции - гравийно-намывные, каркасногравийные, многослойные сетчатые, гравийно-набивные и другие. Технология была опробована при сооружении противопесочного фильтра в скважине на одном из строящихся ПХГ в отработанной газовой залежи.