Повышение эффективности заканчивания скважины при использовании забойных фильтров на месторождении с высоковязкой нефтью, эксплуатируемом в термоциклическом режиме тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.15, кандидат наук Ван Хэнян

• Ван Хэнян
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Ван Хэнян

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ПРИЧИН И ПОСЛЕДСТВИЙ ПЕСКОПРОЯВЛЕНИЙ

1.1 Анализ последствий пескопроявлений

1.2 Методы управления процессами задержания песка при дренировании в термоциклическом режиме коллектора с высоковязкой нефтью

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПРИЗНАКОВ ЭФФЕКТИВНОЙ РАБОТЫ ЗАБОЙНЫХ ФИЛЬТРУЮЩИХ СИСТЕМ

2.1 Особенности забойных фильтров

2.2 Сопоставление эффективности работы забойных фильтров в неустойчивых коллекторах с тяжёлой нефтью

2.3 Выводы по главе

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ МНОГОСЛОЙНЫХ ЗАБОЙНЫХ ФИЛЬТРОВ В УСЛОВИЯХ АГРЕСИВНОЙ СРЕДЫ И ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ

3.1 Коррозионноя стойкость забойных элементов ствола скважины

3.1.1. Исследдования коррозионной прочности фильтров

3.1.2 Исследования эрозио-коррозионой прочности фильтрующих материалов

3.2 Оптимизации забойной конструкции с учетом термонапряжения

3.2.1 Анализ термонапряжения МФ

3.2.2 Размещение термокомпенсаторов по горизонтальному стволу

3.2.3 Исследование изменения точности фильтрующего элемента под действием термонапряжения

3.3 Выводы по главе

ГЛАВА 4. ОПТИМИЗАЦИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МНОГОСЛОВНЫХ ФИЛЬТРОВ

4.1 Анализ гидродинамической характеристики элементов многослойного фильтра

4.2 Пример расчета и оптимизация фильтра

4.3 Оптимизация многослойного фильтра с целью снижения гидродинамических потерь на забое скважин

4.4 Выводы по главе

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы диссертации

Пескопроявление является одной из причин затруднений процесса нефтегазодобычи. Согласно опубликованным данным, добыча песка в Китае снижает годовую добычу нефти на 20%. По зарубежным публикациям вынос песка является серьёзной проблемой, особенно в таких нефтедобывающих регионах, как Калифорния, северная часть Мексиканского залива (США), Канада, Венесуэла, Тринидад, Западная Африка и др.

При заканчивании скважин, продуктивные коллекторы которых представлены слабоцементированными песчаниками, необходимо комплектовать забойное оборудование фильтрами, чтобы ограничить вынос песка в процессе эксплуатации. Забойный фильтр задерживает механические примеси, так называемый «песок», который включает элементы разрушенного скелета породы, песок или проппант после ГРП, соли, продукты химических реакций, возникающих в результате химического воздействия на пласт в процессе геолого-технических мероприятий. Таким образом, забойные фильтры, спускаемые при заканчивании скважины, определяют эксплуатационные характеристики скважины (дебит, межремонтный период, устойчивость ствола) особенно в рыхлых коллекторах, насыщенных высоковязкими углеводородами.

При добыче высоковязкой нефти в термоциклическом режиме возникают проблемы из-за деформации, эрозии и коррозии фильтра, которые приводят к большом экономическим потерям. Так в 2020 году на месторождении Шэнли

(Китай) прямые затраты на ремонты скважин из-за повреждения фильтров превысили 300 миллионов юаней. При этом не учтены экономические потери от снижения дебитов нефти из-за гидродинамических потерь на фильтре за счёт фильтрационных сопротивлений потоку пластовых флюидов при задержании «песка» в элементах конструкции забойных фильтров.

Повышение гидродинамического совершенства забойных фильтров в процессе добычи тяжелой нефти в термоциклическом режим при эффективном задержании твёрдой фазы с учётом противостояния эрозионному и коррозионному воздействию является актуальной проблемой нефтегазового производства, одним из вариантов решения которой является оптимизация работы забойных многослойных фильтров.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности заканчивания скважины при использовании забойных фильтров на месторождении с высоковязкой нефтью, эксплуатируемом в термоциклическом режиме»

Цель работы

Повышение эффективности заканчивания скважины при использовании забойных фильтров в несцементированных коллекторах с высоковязкой нефтью, дренируемых с использованием термоциклических обработок.

Основные задачи исследований

1. Проанализировать особенности функционирования забойных фильтров при заканчивании скважин на месторождениях с высоковязкой нефтью.

2. Выделить факторы, обеспечивающие эффективное задержание «песка» в потоке высоковязкой нефти при термоциклическом режиме эксплуатации.

3. Разработать методику экспериментальной оценки эффективности задержания песка забойными фильтрами в потоке высоковязкой нефти.

4. Оценить эрозионный и коррозионный износ элементов забойного фильтра.

5. Скорректировать методику размещения по горизонтальному стволу термокомпенсаторов для предотвращения деформации забойных фильтров в термобарических условиях эксплуатации.

Методы решения поставленных задач

Решение поставленных задач основано на общих положениях методологии теоретических, промысловых и экспериментальных исследований. Данные, полученные при изучении публикаций по данной проблеме, а также результаты собственных аналитических и экспериментальных исследований эффективности применения разных фильтров, эрозионной и коррозионной стойкости фильтров, обрабатывались с использованием стандартных программ на ЭВМ. При компьютерном моделировании термодинамических и гидродинамических процессов применялось программное обеспечение ANSYS, ABAQUS и Maple. При расчетах технологических параметров и экономических показателей разработки использовалась программа Microsoft Excel.

Новизна научных результатов

1. Разработана методика комплексной оценки эффективности функционирования забойных многослойных фильтров для добычи высоковязкой нефти учитывающая:

- гидродинамические потери на стадии формирования на поверхности фильтра внешнего слоя «песка», выносимого пластовым флюидом;

- результирующую проницаемость фильтрующей системы, включая сформированный внешний слой «песка»;

- интенсивность эрозионного и коррозионного воздействий на

металлические элементы забойных фильтров.

2. Предложен комплекс критериев, отражающих объём и фракционный состав «песка», задержанного забойным фильтром, величину гидродинамических потерь при фильтрации потока высоковязкой нефти с «песком» и проницаемость фильтрующей системы, включающей слой песка на внешней поверхности фильтра.

3. Разработана методика экспериментальной оценки устойчивости забойного фильтра к коррозионному и эрозионному износу в условиях термобарических воздействий.

4. Предложен принцип размещения термокомпенсаторов в горизонтальном стволе скважины для предотвращения деформации забойного фильтра в условиях термобарических воздействий, учитывающий различие линейного удлинения его элементов.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Эксплуатационные качества забойного фильтра определяются суммой критериев, отражающих процесс пескозадержания, гидродинамику фильтрации и проницаемость фильтрующей системы, включающей сформированный слой песка на внешней поверхности фильтра.

2. Работу фильтра необходимо учитывать по составному влиянию каждого из элементов конструкции фильтра (внешнего кожуха, фильтровального экрана и корпуса) на:

- размеры и относительное содержание фракции, проникающей через фильтрующую систему;

- результирующую проницаемость фильтрующей системы с формирующимся слоем песка на внешней поверхности фильтра;

- гидродинамические потери при фильтрации потока пластовой нефти с «песком»;

- противостояние эрозионному и коррозионному воздействию.

3. Эффективность работы многослойного фильтра определяется гидродинамическим совершенством каждого из элементов фильтрующей системы, включая формирующихся песчаный слой на внешней поверхности фильтра.

4. При расчётах на прочность многослойный фильтр от термических нагрузок необходимо учитывать различия деформации корпуса и кожуха фильтра и сокращать расстояние между термокомпенсаторами в интервалах ствола с более высокой температурой.

5. Моделирование характера эрозионных и коррозионных дефектов металла даёт возможность оценить прочностные характеристики элементов забойного фильтра в условиях нагнетаний углекислых газов в термоциклическом режиме.

Теоретическая и практическая значимость работы

1. Предложен алгоритм оценки скин-фактора каждой из трёх ступеней пескозадержания многослойного фильтра при заканчивании скважин.

2. Получена расчетная формула свободного удлинения элементов фильтра в процессе термического напряжения.

3. Разработана методика размещения термокомпенсаторов по горизонтальному стволу при термоциклических воздействиях.

4. Предложена экспериментальная оценка эрозионного и коррозионного износа элементов забойного фильтра в термоциклических воздействиях.

Личное участие автора в получении результатов диссертации состоит: в выборе темы и содержания аналитических и экспериментальных исследований; в непосредственном участии в планировании, проведении экспериментов и анализе результатов исследований; в обработке и обобщении литературных данных; в формулировке научных выводов и рекомендаций. Непосредственное участие в подготовке публикаций по диссертационной работе, обсуждении и интерпретации полученных результатов с научным руководителем.

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры бурения РГУ им. Губкина 2020-2021 г.; на 73-й международной молодежной конференции «Нефть и Газ» г. Москва, 2019 г.; международной конференции «Булатовские чтения» 2020 г. Краснодар.

Публикации

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 5 печатных работах, в том числе 3 статьи в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ и входящих в международные реферативные базы данных и системы цитирования.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов и рекомендаций. Общий объём работы 134 страниц, в том числе 50 рисунков и 9 таблиц. В конце работы приводится список использованной литературы

российских и зарубежных авторов из 99 наименований.

Благодарности

Автор признателен заведующему кафедрой бурения нефтяных и газовых скважин д.т.н. проф. Оганову А.С. за внимание и поддержку во время обучения в аспирантуре. Д.т.н. проф. Балабе В.И., д.т.н. проф. Симонянцу С.Л. и доц. к.т.н. Шуть К.Ф. за ценные советы при обсуждении работы.

Автор благодарен своему научному руководителю д.т.н., профессору Подгорнову В.М. за неоценимую помочь, ценные советы и доброе отношение на всех этапах выполнения работы.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ПРИЧИН И ПОСЛЕДСТВИЙ ПЕСКОПРОЯВЛЕНИЙ.

Анализ источников [1-12] показывает, что пескопроявление - сложная проблема, которая связана не только с отложением песка во внутрискважинном и наземном оборудовании, но является причиной эрозии оборудования, образования каверн, обрушения кровли призабойной зоны, смятия эксплуатационной колонны и с другими аварийными ситуациями.

Методам борьбы с пескопроявлением посвящено большое количество научно-исследовательских и практических работ, как в российской, так и в зарубежной печати.

Известно, что слабосцементированные песчаники в процессе отбора пластовых флюидов теряют устойчивость из-за вымывания твёрдой фазы и перераспределения нагрузок на породу [1, 99]

В практике нефтегазодобычи широко распространены механические методы защиты коллектора и забойного оборудования с использованием фильтров различных конструкций. Основные требования, предъявляемые к фильтрам - обеспечение высокой производительности и эффективность задержания песка, при достаточной механической прочности и устойчивости в условиях коррозионной и эрозионной нагрузки.

1.1 Анализ последствий пескопроявлений.

Общеизвестно, что пескопроявление приводит к отрицательным последствиям: [1, 10, 11, 13 и др]:

1.разрушениею пласта-коллектора как в призабойной зоне, так и вдали от

скважины;

2.кольматации забойной фильтрующей системы с последующим образованием локальных каналов фильтрации, что ещё более усугубляет процесс разрушения пласта;

3.абразивному износу подземного и наземного оборудования скважин и газопроводных систем;

4.накоплению песчаных пробок на забое скважины и образованию при работе скважины висячих песчаных пробок ниже башмака и в самой колонне НКТ, что приводит к прихвату нижней части колонны НКТ;

В условиях пескопроявления критерий экономической целесообразности технологий должен учитывать всю гамму последствий применяемых решений (рисунок 1-1).

В [14-18] изучены зависимость содержания песка в продукции скважин Самотлорского месторождения от обводнённости, депрессии, отношения забойного давления к пластовому и коэффициента продуктивности.

Пескопроявление приводит к образованию каверн, обрушению призабойной зоны и в некоторых случаях к обрушению эксплуатационной колонны, а также к закупорке скважин, износу скважинного оборудования, отложению песка в наземном оборудовании, трубопроводах и т. д.

Промысловое оборудование (трубопроводы, фонтанные штуцеры, задвижки, насосно-компрессорные трубы, насосы и др.) в результате пескопроявления выходит из строя раньше нормативного срока. Осаждение песка на забое скважины ведёт к необходимости проведения дорогостоящего ремонта.

Рисунок 1-1. Последствия выноса песка [6]

Промысловое оборудование (трубопроводы, фонтанные штуцеры, задвижки, насосно-компрессорные трубы, насосы и др.) в результате пескопроявления выходит из строя раньше нормативного срока. Осаждение песка на забое скважины ведёт к необходимости проведения дорогостоящего ремонта.

1.2 Методы управления процессами задержания песка при дренировании в термоциклическом режиме коллектора с высоковязкой нефтью

Общие подходы к управления процессами задержания песка при дренировании коллектора, представлены на рисунке 1-2. [1, 4, 8 и др.]

Химические методы - закрепление горных пород различными вяжущими веществами в основном полимерного типа.

К физико-химическим также относятся методы закрепления коллекторов путём коксования нефти в призабойной зоне в результате её полимеризации.

Способы борьбы с пескопроявлением

* т

Мероприятия, предотвращающие вынос песка

Техно логические способы

Т

Ограничение депрессии при эксплуатации скважин

Профилактические способы

I

1

Химические способы (хим. реагенты)

Снижение обводненности продукции скважин

Физико-химические способы (коксование)

Механические способы

£

Е

Очистка Промывка

прнзабойнон зумпфа

зоны скважины

I

Контроль за КВЧ в технологических жидкостях

1

Контроль за количеством взвешенных частиц (КВЧ) в процессе эксплуатации скважины

Рисунок 1-2. Способы борьбы с пескопроявлениями в добывающих

скважинах.

В [18] представлен вариант классификации методов борьбы с пескопроявлениями с разделением методов крепления пласта на механические и альтернативные способы.

Механический метод для борьбы с пескопроявлением

В практике нефтегазодобычи широко распространены механические методы защиты коллектора и забойного оборудования с использованием фильтров различных конструкций. Основные требования, предъявляемые к фильтрам-обеспечение высокой производительности и эффективность задержания песка, при достаточной механической прочности и устойчивости в условиях коррозионной и эрозионной нагрузки [32].

В настоящее время наиболее распространённым способом борьбы с пескопроявлением является механический метод с помощью фильтрующих систем, в том числе, намывных гравийных фильтров, щелевых и перфорированных фильтров, проволочных и сетчатых фильтров, каркасно-стержневого фильтра (Рисунок 1-3).

Гравийные намывные фильтры из-за высокой стоимости и технических рисков для горизонтальных стволов применяются при заканчивания скважины ограничено и предпочтение отдаётся забойным механическим фильтрам [20-22].

Забойные фильтры, входящие в состав оборудования, спускаемого при заканчивании скважины, определяют эксплуатационные характеристики скважины (дебит, межремонтный период, устойчивость ствола) особенно в рыхлых коллекторах, насыщенных высоковязкими углеводородами. Структура фильтра состоит из многослойного фильтрующего элемента и центральной перфорированной трубы, обеспечивающей прочность устройства. Фильтрующий элемент задерживает механические примеси, так называемый «песок», который содержит частицы разрушенного скелета породы, подвижные фракции песка и

других минералов, продукты химических реакций, возникающих в результате химического воздействия на пласт в процессе геолого-технических мероприятий.

Рисунок 1-3. Виды скважинных фильтров: А - гравийный фильтр; Б - щелевой фильтр; В - перфорированный фильтр; Г - схема каркасно-стержневого фильтра; Д -проволочный скважинный фильтр; Ж - сетчатый скважинный фильтр;

Забойные фильтры, входящие в состав оборудования, спускаемого при заканчивании скважины, определяют эксплуатационные характеристики скважины (дебит, межремонтный период, устойчивость ствола) особенно в рыхлых коллекторах, насыщенных высоковязкими углеводородами. Структура фильтра состоит из многослойного фильтрующего элемента и центральной

перфорированной трубы, обеспечивающей прочность устройства. Фильтрующий элемент задерживает механические примеси, так называемый «песок», который содержит частицы разрушенного скелета породы, подвижные фракции песка и других минералов, продукты химических реакций, возникающих в результате химического воздействия на пласт в процессе геолого-технических мероприятий.

При добыче высоковязкой нефти в термоциклическом режиме возникают проблемы из-за деформации, эрозии и коррозии фильтра, которые приводят к большом экономическим потерям. Так в 2020 году на месторождении Шэнли (Китай) прямые затраты на ремонты скважин из-за повреждения фильтров превысили 300 миллионов юаней. При этом не учтены экономические потери от снижения дебитов нефти из-за фильтрационных сопротивлений потоку пластовых флюидов при задержании «песка» в элементах конструкции забойных фильтров.

Повышение гидродинамического совершенства забойных фильтров в процессе добычи тяжелой нефти в термоциклическом режим при эффективном задержании твёрдой фазы с учётом противостояния эрозионному и коррозионному воздействию является актуальной проблемой нефтегазового производства, одним из вариантов решения которой является совершенствование конструкции забойных многослойных фильтров.

При добыче высоковязкой нефти в термоциклическом режиме проблемы пескозадержания усугубляются проблемами, связанными с термонагрузками, эрозией и коррозией фильтров. Только в 2020 году на месторождении Шэнли (Китай) из-за повреждения фильтров было произведено более 1700 ремонтов.

Термоциклический режим работы, эрозия и коррозия от нагнетаемых агрессивных сред приводит сокращению срока службы фильтра. На основе анализа технологий и методов управления пескопроявлениямии при добыче высоковязкой нефти в термоциклическом режиме сформулированы основные задачи исследования для решения цели диссертационной работы.

Решение комплекса проблем применения фильтров при добыче высоковязкой нефти в термоциклическом режиме, включает:

- повышение гидродинамического совершенства забойных фильтров;

- эффективное задержание твёрдой фазы;

- противостояние эрозионному и коррозионному воздействию.

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПРИЗНАКОВ ЭФФЕКТИВНОЙ РАБОТЫ ЗАБОЙНЫХ ФИЛЬТРУЮЩИХ СИСТЕМ.

Метод вхождения в продуктивный пласт определяется особенностями продуктивных пластов, наличием пропластковых и подошвенных вод, величиной пластового давления, прочностью и устойчивостью пород, типом коллекторов. Различные конструкции забоев и принципы их выбора показаны на рисунке 2-1 [85] .

В общем случае можно выделить три типа конструкции забоя:

Скважины с закрытым забоем (рисунок 2-1, а). В этом случае продуктивный пласт вскрывается скважиной на всю толщину, после чего в нее спускается обсадная колонна, которая затем цементируется и перфорируется.

Заканчивание скважин с закрытым забоем эффективно при одновременно -раздельной эксплуатации нескольких пластов и при наличии пропластков, резко отличающихся друг от друга по коллекторским свойствам или составом нефтей. В скважинах с открытым забоем этот недостаток устраняется. В этом случае скважину бурят до кровли продуктивного пласта, крепят, затем вскрывают продуктивный пласт, который может быть оставлен необсаженным (рисунок 2-1, б) или закреплен фильтром (рисунок 2-1, г). Разновидностью скважин с открытым забоем являются скважины, обсаженные колонной с незацементированной нижней частью (рисунок 2-1, в).

Рисунок 2-1. Конструкции призабойной зоны скважин

Конструкции забоев скважин с неустойчивым коллектором выбирают в зависимости от прочности пород, условий их залегания и других факторов и имеют следующие разновидности:

Забойный фильтр в интервале перфорации ствола (рисунок 2-1, ж).

Щелевой фильтр и гравийная набивка в предварительно расширенном интервале скважины против продуктивного пласта (рисунок 2-1, з).

Проницаемый тампонажный камень против продуктивного объекта за обсадной колонной (рисунок 2-1 и), за фильтром -хвостовиком (рисунок 2-1 к) и в «открытом» стволе (рисунок 2-1 л.)

Конструкции (рисунок 2-1 и, к) создаются путем спуска обсадной колонны до кровли продуктивного пласта, его вскрытия с последующим расширением ствола и заполнением расширенной части проницаемым тампонажным составом.

Расширение ствола скважины в интервале продуктивного пласта способствует снижению сопротивлений при фильтрации флюида, уменьшению рабочей депрессии на пласт и росту устойчивости призабойной зоны.

Исследование условий дренирования неустойчивых коллекторов с высоковязкой нефтью в горизонтальном стволе показывает, что предпочтение отдаётся варианту, когда после спуска и цементирования обсадной колонны, спущенной в кровлю коллектора, в продуктивном пласте устанавливается фильт-хвостовик. К достоинствам этого способа заканчивания скважин относится отсутствие загрязнения пласта фильтратом цементного раствора; возможность использования щадящих технологий вскрытия коллектора бурением, максимальная площадь фильтрации для дренирования пласта.

2.1 Особенности забойных фильтров

Проблема эксплуатации скважин в неустойчивых коллекторах возникла в начальный период промышленной добычи нефти и газа [2]. Ежегодно тратятся значительные средства на ремонт скважин от пластового песка и ликвидацию осложнений, связанных с его вынесением из пласта.

Опыт эксплуатации скважин в неустойчивых коллекторах свидетельствует о том, что наиболее эффеквним методом борьбы с пескопроявлением составляет установление специальных фильтров, препятствующих поступлению части «песка» из пласта в скважину [28].

Фильтр должен задерживать 70-80% (по массе) крупных частиц породы пласта и пропускать мелкие частицы (не более 20-30%). при этом условии будет

сохранена механическая устойчивость скелета пласта, хотя следует пытаться задерживать большую часть частицы породы [29,30]. Фильтр должен пропускать пластовые флюиды и создавать при этом минимальное гидравлическое сопротивление, предотвращать проникновение твердой фазы в скважину, образование песчаных пробок и не допускать существенное снижение дебита скважины [31, 32].

В фильтрах важнейшими конструктивными параметрами являются размеры щелей по отношению к диаметру частиц выносимого пластового песка. Размеры щелей проектируют такими, чтобы ограничить вынос песка при допустимой производительности скважины. Эта задача решается путем выбора оптимального соотношение размеров щелей и песка [33].

Поступление песка в скважины, оснащаемыми протипесочными фильтрами, характеризуется следующими причинами [34]:

- неправильным выбором размеров отверстий фильтров (точность фильтрации) из-за отсутствия достоверних данных о гранулометрическом составе пород пласта в зоне дренирования;

- деформацией фильтрующего элемента из-за нагрузки, что приводит к потери способности пескозадержания;

- недостаточной прочностью материала фильтрующих элементов от эрозионно-коррозионного износа в период эксплуатации.

Еще одной из причин, затрудняющих пескозадержания в паро-циклических условиях, является деформация противопесочных фильтра. В процессе закачки пара забойный фильтр расширяется при повышении температуры и может

повреждаться из-за деформации элементов конструкции [20].

Анализ работы противопесочних фильтров, которые выпускаются отечественной и зарубежной промышленностью и используются в нефтегазовой практике, свидетельствует, что фильтры должны соответствовать следующим требованиям [35, 36]:

- надежность и простота в эксплуатации;

- способность отделять крупные фракции песка от малых фракций;

- сохранение структуры и проницаемости фильтрующих элементов; -необходимая механическая прочность и достаточная устойчивость от коррозионного и эрозионного воздействий;

- высокий уровень гидродинамической связи с пластом;

- предепреждение суффозии пород в призабойной зоне;

- низкая стоимость и возможность очистки фильтра без подъема на поверхность. По конструкции и технологии изготовления различают трубные, гравийные и металокерамични фильтры.

Самыми дешевыми из трубных конструкций являются щелевые фильтры, которые представляют собой трубу с различным размещением горизонтальных или вертикальних щелей [37]. Ширина вертикальных щелей с параллельными стенками колеблется в пределах 0,3-12,7 мм, а вертикальных, расширенных внутрь щелей - 0,5-12,7 мм. Ширина гозонтальным нарезанных, расширенных внутрь щелей составляет 0,25-2,29 мм [30].

Фильтры с горизонтальным размещением щелей сопротивляются радиальным деформациям, но они проявляют недостаточную прочность под

действием растягивающих вертикальных нагрузок и изгибе. Поэтому чаще всего используют фильтры с вертикальными щелями [31].

Щелевые фильтры, которые легко ремонтировать и чистить [40], но несмотря на дешевизну, получили ограниченное применение [37]. Недостатком щелевых фильтров является также снижение производительности скважин и сложность извлечения фильтров на поверхность.

Проволочные фильтры являются более совершенными [41]. они представляют собой трубу с большим количеством радиальных отверстий или пазов, на внешней поверхности которой навивается калиброванный провод трапецеидального сечения [42]. Ширина щелей должна быть размером 0,076 мм [31, 33].

В процессе добычи нефти, песок и другие примеси, поступающие из пласта, забивают фильтр. Чтобы фильтр не засорялся, используют щели с трапецеидальной сечением и определенным углом наклона. При движении флюида из пласта в скважину над щелью фильтра образуется свод (мостик) из крупных песчинок, которые задерживаются на входе основную массу песка и препятствуют её проникновению сквозь щель. Такой мостик задерживает крупные фракции песка, пропуская фракции малых размеров. Размер песчинок, которые образуют мост, зависит от ширины щели. Если щель выбрано правильно, то создается устойчивый мостик из крупных частиц.

Одной из современных конструкций фильтра являются каркасно-проволочные фильтры с использованием проволоки трапецеидальные сечения [43]. Этот фильтр состоит из перфорированного корпуса (НКТ), вдоль

образующей которого размещены опорные стержни, выполненные из проволоки трапецеидальные сечения, на которые намотана проволока также трапецеидальные сечения с углом раскрытия 8-12 в направлении движения пластового флюида. Для предотвращения нарушений межвиткового зазора витки проволоки сваривают четырьмя продольными швами по образующей корпуса. Опорные стержни после намотки проволоки приваривают к корпусу и специальной обойме. Секции фильтра соединяют с помощью специальных муфт. Фильтры представляют собой перфорированный каркас из НКТ диаметром 89 мм с 21 опорными продольными стержнями, на которые намотана профилированный в виде трапеции проволока с легированной стали [44]. Проволока и стержни соединены электроконтактной сваркой в каждой точке соприкосновения. Внешний диаметр фильтра - 104 мм, внутренний - 76 мм, зазор между витками 0,25 мм. Для корродирующих сред фильтры можно изготавливать из специальных сплавов.

Сетчатые фильтры. Сетчатые противопесочние фильтры используют в скважинах с открытым забоем. При изготовлении сетчатых фильтров используют сетки из нержавеющей, химически стойкой стали. Дренажные сетки обеспечивают равномерное распределения жидкости или газа по всей поверхности стали [45].

Фильтр MeshRite изготовливается с применением запатентованного спрессованного сетчатого фильтровального материала. Он состоит из проволочного волокна нержавеющей стали, навитого вокруг основной трубы с контролируемой плотностью навивки и степенью сжатия. Фильтр MeshRite,

имеющий высокая эффективность песко-задержания обеспечивает надежный контроль выноса песка в самых суровых условиях эксплуатации.

В горизонтальных скважинах на месторождении Шэнли (КНР) широко используются многослойные фильтры [46]. Многослойный фильтр состоит из трех элементов, корпуса с отверстиями, фильтровальной сетки из нержавеющей стали и внешнего кожуха со щелями (Рисунок 2-2). Корпус с отверстиями представляет собой стальную перфорированную трубу. На поверхности трубы уложены три слоя сетки из нержавеющей стали. Дренажные сетки обеспечивают равномерное распределение жидкости или газа по всей поверхности фильтра. Между дренажными сетками распологаются сетки с мелкими ячейками. Поверхность фильтра покрыта защитным кожухом из перфорированного нержавеющего листа.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ван Хэнян, 2022 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Башкатов Д.Н. Вскрытие и освоение водоносных пластов при бурении гидрогеологических и водозаборных скважин. - М., ВИЭМС, 1976 .

2. Сьюмен Д., Эллис Р., Снайдер Р. Справочник по контролю и борьбе с пескопроявлениями в скважинах: Пер. с англ./ Пер. и ред. М.А. Цайгера. - М: Недра, 1986. - 176 с.

3. Лаврентьев В.С., Лихушин А.М., Мишин Ф.А. Заканчивание газовой скважины с горизонтальным стволом в продуктивной части пласта на Елшано-Курдюмском ПХГ // Нефтяное хозяйство.-1998.-№12.- С. 43-45.

4. Ефимов Н.Н., Силин М.А., Магадова Л.А., Нескин В.А., Мышенков И.В. Разработка и внедрение кремнийорганического полимерного состава для ликвидации выносв песка скважинах ПХГ//Нефть. Газ. Новации, №8, 2013г., C. 64-66.

5. Бабазаде Э.М. Роль интеллектуальных скважин в осуществлении контроля над пескопроявлением // Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений. «НАУЧНЫЕ ТРУДЫ НИПИ НЕФТЕГАЗ ГНКАР» 2011. - №03.

6. Рекомендованные методики по выбору способа заканчивания скважин в условиях пескопроявления. Проспект компании «Роснефть».

7. Коваленко Ю.Ф. Геомеханика нефтяных и газовых скважин. Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора физикоматематических наук. - Москва, 2012.

8. Тананыхин Д.С., Петухов А.В., Сюзев О.Б. Химические методы предупреждения пескопроявления и крепления слабосцементированных коллекторов при разработке нефтяных и газовых месторождений // Нефтегазовое дело, 2012. - Выпуск 10. - № 1. - С. 16-22.

9. Бондаренко В.А., Савенок О.В. Анализ современных методов и технологий управления процессами пескопроявлений при эксплуатации скважин // Сборник научных статей по итогам Международной заочной научнопрактической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в экономике, управлении проектами, педагогике, праве, культурологии, языкознании, природопользовании, биологии, зоологии, химии, политологии, психологии, медицине, филологии, философии, социологии, математике, технике, физике, информатике». 30-31 января 2014 года, г. Санкт-Петербург. - СПб.: Изд-во «КультИнформПресс», 2014. - С. 44-46

10. Башкатов А.Д. Прогрессивные технологии сооружения скважирн. - М., ООО «Недра-бизнесцентр», 2003 г., 554 с.

11. Бондаренко В.А., Савенок О.В. Исследование методов и технологий управления осложнениями, обусловленных пескопроявлениями // Горныйинформационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Отдельная статья (специальный выпуск). - М.: Издательство «Горная книга», 2014. - № 5. - 28 с.

12. Бондаренко В.А., Савенок О.В. Анализ существующих методов борьбы с пескопроявлениями и разработка статистической модели деформационно-

пространственной нестабильности и разрушения песчанистых пород // Научный журнал НАУКА. ТЕХНИКА. ТЕХНОЛОГИИ (политехнический вестник). -Краснодар: Издательский Дом - Юг, 2014. - № 1. - С. 35-42.

13. Гунькина Т.А. Критерии сохранности призабойной зоны пласта в условиях пескопроявления при циклической эксплуатации подземного хранилища газа. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. - Ставрополь, 2014.

14. Кудрявцев И.А. Совершенствование технологии добычи нефти в условиях интенсивного выноса мехпримесей (на примере Самотлорского месторождения). Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. - Тюмень, 2004.

15. Епрынцев А.С. Разработка технико-технологических решений по эксплуатации скважин газовых месторождений на стадии падающей добычи. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. - Тюмень, 2012.

16. Шакиров Э.И. Опыт применения технологий добычи и пескопроявления на пластах пачки ПК месторождений Барсуковского направления // Инженерная практика, 2010. - № 2. - С. 58-65.

17. Газаров А.Г. Разработка методов снижения износа штангового насосного оборудования в наклонно направленных скважинах. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. - Уфа, 2004.

18. Информационный отчёт «Научно-технологическое сопровождение проектов системы новых технологий», Этап 1. - ООО «НК «Роснефть» — НТЦ»,

2011 г.

19. Везиров А.Р. Повышение эффективности гравийных фильтров в борьбе с пескопроявлением в нефтяных скважинах. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. - Баку, 1984.

20. Ван Хэнян, В.М. Подгорнов. Проектирование мест расположения термокомпенсаторов для предотвращения деформации многослойных фильтров в горизонтальном стволе паронагнетательной скважины. // Газовая Промышленность 2019; № 4:38-44

21. Ледков А.О. Анализ достоинств и недостатков известных сепараторов. Выбор наиболее работоспособного сепаратора для Ванкорского месторождения // Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции «Нефтегазовое и горное дело». 9-12 ноября 2010 года. - Пермь: Издательство Пермского государственного технического университета, 2010. - С. 96-97.

22. Сайд Али, Рик Дикерсон и др. Компоновки для создания высокоэффективных гравийных фильтров в горизонтальных скважинах // Нефтегазовое обозрение, весна 2002. - С. 32-57.

23. Обзор применяемых в мире систем заканчивания для предотвращения пескопроявления. Режим доступа http://kk.convdocs.org/docs/index-205326.html.

24. Магадова Л.А., Ефимов Н.Н., Губанов В.Б., Нескин В.А., Трофимова М.В. Разработка композиции для крепления призабойной зоны пласта в скважинах подземных хранилищ газа // Журнал «Территория НЕФТЕГАЗ». - М.: Издательство ЗАО «Камелот Паблишинг», 2012. - № 5. - С. 63-67.

25. Силин М.А., Ефимов Н.Н., Магадова Л.А., Нескин В.А., Мышенков И.В.

Разработка и внедрение кремнийорганического полимерного состава для ликвидации выноса песка в скважинах ПХГ // Материалы VIII Всероссийской научно-практической конференции «Нефтепромысловая химия». 27-28 июня 2013. - Москва, 2013 г. // Июнь.

26. Афанасьев А.В. Использование технологии крепления призабойной зоны скважины «Линк» для ограничения выноса песка // Производственнотехнический нефтегазовый журнал «Инженерная практика», 2010. - № 2. - С. 38-48.

27. Химическое связывание слабосцементированной породы // Технология Champion Technologies - 2011.

28. Копей Б.В., Кузьмин А.А. Использование защитных устройств при вынесении песка в процессе штанговонасоснои эксплуатации нефтяных скважин // Разведка и разработка нефтяных и газовых месторождений. - 2008. - №2 4. - С.10-12.

29. Пятахин М.В. Напряженный фильтр для стабилизации призабойной зоны скважин // Газовая промышленность. - 2004. - № 11. - С.64-68.

30. В.С. Бойко, Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений. - М.: Недра, 1990. - 427 с.

31. Ахметов А.А. Капитальный ремонт скважин на Уренгойского месторождения. Проблемы и решения - Уфа: Изд-во УГНТУ - 2000. - С.219

32. Штурн Л.В. Отечественные фильтры для заканчивания скважин // Территория нефтегаз. - № 6. - 2010. - С.57-61.

33 Юргенс Х. Применение одноконтурных проволочных фильтров //

Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 2009. - № 9. -С.40-43.

34. Бурштейн М. А. Анализ динамики и причины пескований горизонтальных скважин пласта АС4-8 Федоровского месторождения // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 2003. - № 1. -С.11-15.

35. Апрель A.M. Управление выносом песка при добыче нефти // Научные труды. - 2012. - № 3. - С.59-62.

36. Басарыгин Ю.М. Теория и практика предупреждения осложнений и ремонта скважин при их строительстве и эксплуатации - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003. - Т. 5. - 431 с.

37. Зотов Г.А. Эксплуатация скважин в неустойчивых коллекторах - М.: Недра, 1987. - 172 с.

38. Бескаркасные фильтры производства ООО "ЛЭМЗ" http: //lemz.com.ua/ru/node/337.

39. Боридько Е.В. Анализ современных механических способов предотвращение выноса пластового песка в скважинах подземных хранилищ газа // Вестник Северокавказский государственного технического университета. - 2010. - № 3. - С.68-71.

40. Щелевые фильтры http://www.ngpedia.ru/id562753p1.html.

41. Блызнюков В.Ю. Методы предупреждения и ликвидации пескопроявления в добывающей скважинах // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 2010. - № 9. - С.15-21.

42. Проводные фильтры http://www.ngpedia.ru/id562446p1.html.

43. Арестов Б.В. Проволочный скважинный фильтр для предотвращение выноса песка // Газовая промышленность. - 1988. - № 2. - С.18-19.

44. Аржанов Ф. Применение противопесочных фильтров в скважинах IV горизонта Анастасиевско-Троицкого месторождения // Нефтепромысловое дело.

- 1981. - № 10. - С.35-39.

45. Ледков А.А. Выбор забойного фильтров добывающей скважин Ванкорского месторождения // Научные исследования и инновации. - 2011. - №2 1.

- С.99-102.

46. Ван Хэнян, В.М. Подгорнов. Проектирование мест расположения термокомпенсаторов для предотвращения деформации многослойных фильтров в горизонтальном стволе паронагнетательной скважины // Газовая Промышленность 2019. - № 4. - С.38-44.

47. Василевский Л.В. Скважинные фильтры из лавсана // Газовая промышленность. - 1980. - № 10. - С.24.

48. Кулиев С.М. Гравийный фильтры и опыт их применения на нефтяных промыслах - М.: Недра, 1951. - 122с.

49. Павковская Е.И. Металлокерамические фильтры - М.: Недра, 1967. - 164

с.

50. Gordon R. Оптимизация добычи при помощи самоочищающегося песчаного фильтра // Нефтегазовые технологи. - 2010. - № 2. - С.34-37.

51. Арестов Б.В. Разработка и исследование техники и технологии создания гравийных фильтров в скважинах - дис. канд. техн. Наук - Москва, 1987. - 175 с.

52. Паникаровский Е.В. Ликвидация пескопроявлений при эксплуатации скважин // Нефть и газ 2011. - № 4. - С.50-54.

53. Коуколз Б. Оптимизация выбора материалов для гравийных фильтров // Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. - 1993. - № 6. - С.14-19.

54. Кондрат Р.М. Особенности разработки и эксплуатации Архангельского газового месторождения и пути повышения эффективности добычи газа и коэффициента газовилучення // Разведка и разработка нефтяных и газовых месторождений. - 2006. - № 2. - С.669.

55. Белько Ю.А. Борьба с выносом песка на месторождении Кенкияк // Нефтепромысловое дело. - 1979. - № 2. - С.17-19.

56. Способы предупреждения образования песчаных пробок на забоях газовых скважин // материалы ХИИ регион. науч.-техн. конф. - Ставрополь - 2008. - 298с.

57. Четверик А.Д., Климовец В.Н., Фёдоров Ю.К., Способ создания гравийно фильтра в скважине - Пат. 2393339 Российская Федерация, МПК Е 21 В 43/04.

58. Установка гравийных фильтров http://www.cttimes.org/technology/koltyubingovye -teЫonogп-spravochшk-spetsialista / ustanovkagravimyh-filtrov.

59. Игнатьев А.И. Оптимизация процесса Намыв гравийных фильтров // Газовая промышленность. - 1983. -№ 5. - С.31 - 32.

60. Чжан Ю. Создание гравийных набивок на проыислах Китая // Нефть газ и нефтяхимия за рубежом. - 1981. - № 4. - С.30 - 34.

61. Донг Чанъинь. Screen sand retaining precision optimization experiment and a new empirical design model // PETROLEUM EXPLORATION AND DEVELOPMENT. - 2016. -№6. - С. 991.

62. Варгас Л. Борьба с выносом песка // Нефть, газ и нефтехимия. - 1982. -№ 10. - С.25-28.

63. Строганов В.Н. Состояние и развитие работ в области крепления призабойной зоны пескопроявляющих скважин - НИТПО Наука. - 2004.

64. Пайкой Р.А. Современные операции по борьбе с выносом песка // Нефтегазовые технологии. - 2004. - № 2. - С.31-36.

65. Юрьев В.А. Нетрадиционный способ крепления призабойной зоны // Газовая промышленность. - 2004. - № 11. - С.30-31.

66. Шнкур Д.Х. Применение песчаного фильтра, спускаемом на канате, сокращает расходы на подземный ремонт скважины // Нефтегазовые технологи. - 1997. - № 1. - С.40-41.

67. Ясашин А.М. Ликвидация песчаных пробок в нефтяных скважинах - М.: Недра, 1964. - 150 с.

68. COULSON K, WORTHINGAM R. New guidelines promise more accurate damage assessment // Oil and Gas Journal. - 1990. - V. 88. - № 16. - C.41 - 45.

69. O'GRADY T, HISEY D, KIEFNER J. A systematic method for the evaluation corroded pipelines // Pipelines Engineering, ASME. - 1992. - № 46. - C.27 - 35.

70. ZHAO Xinwei, LUO Jinheng, Lu Minxu. FEM analysis on the effect of corroded flaw interaction on remaining. Storage of Line Yipe - 2001. -V. 20. - № 3. -C.18 - 21.

71. HE Dongsheng, ZHANG Peng. The elastic and plastic finite element analysis of double points corrosive pipe // Machinery - 2005. -V. 32. - № 9. - C.20 - 22.

72. SUN K, GUO B, GHALAMBOR A. Casing strength degradation due to corrosion-applications to casing pressure assessment. SPE 88009-MS, 2004.

73. LIAN Zhanghua, LUO Zeli, YU Hao. Assessing the Strength of Casing Pipes that Contain Corrosion Pit Defects // Journal of Southwest Petroleum University. -2018. - Vol.40. - № 2.

74. Ван Цзюнь Исследование остаточной прочности труб на растяжение с типичными коррозионными дефектами // STEEL PIPE - 2017. - V. 46. - № 4.

75. Timoshenko S P, Goodier J N. Theory of elasticity. 2nd Edition. New York: McGraw-Hill - 1951.

76. Ма Цзэнхуа, Сунь Юнтао, Линь Тао. Изучение коррозионных свойств различных стальных и многокомпонентных теплоносителей // Прохимическое применение в промышленности - 2012. - V. 31. - № 9. - C.60-63.

77. Ван Сюэфэй, Ян Шуянь, Чжао Ци. Применение многокомпонентной технологии глотания и плевания теплоносителя в испытаниях разведочной скважины на тяжелой нефти // WellTesting - 2011. - V. 20. - № 3. - C. 35-36.

78. Сунь Юнтао, Фу Чаоян, Ян Сюлань. Коррозионный анализ нефтепроводов при инжекционной эксплуатации высокотемпературного многокомпонентного теплоносителя // Химическая технология нефти и газа -2012. - V. 41. - № 4. - C. 408-410.

79. Ю Янбин. Исследование механизма коррозии многокомпонентной трубы для нагнетания теплоносителя // Управление химическим предприятием - 2013. -

№ 5. - C. 132.

80. Peter T, Declan L, Theosore H. New sand-control filter of thermal recovery wells // SPE Production Engineering - 1988. - V. 3. - № 2. - C. 249-257.

81. Liu Xinfeng, Zhang Hailong, Li Xiaobo. Influence factors study on screen erosion of offshore heavu crude thermal extration // Oil Drilling & Production Technology - 2012. - № 34. - C. 73-75.

82. Liu Yonghong, Zhang Jianqiao, Ma Jianmin. Erosion wear behavior of slotted screen liner for sand control. Tribology - 2009. - V. 29. - № 3. - C. 283-287.

83. Zhang Anfeng, Wang Yuyue, Xing Jiandong. Erosion-corrosion characteristics of carbon steel and stainless steel in dual-phase fluids // Ordnance material Science and Engineering - 2003. - V. 26. - № 2. - C. 36-39.

84. Jia Henglei, Zhao Chunping, Wang Hao. Phenomenon of oxygen concentration cell in pipeline // Pipeline Technique and Equipment - 2012. - №2 3. C.51-52.

85. Подгорнов В. М. "Технологические принципы проектирования пологих и горизонтальных забоев добывающих скважин // «Вестник Ассоциации буровых подрядчиков» - 2016. - № 1. - C. 7-11.

86. Mabaraj G. Thermal well casting failure analysis // SPE Latin America/ Caribbean Petroleum Engineering Conference. Society of Petroleum Engineers - 1996.

87. Liang Qingjian Casing thermal stress and well head growth be haviors analysis //SPE 157977 - 2012.

88. Toma P, Livesey D, Heidrich T. New sand-contral filter for thermal recovery wells // SPE Production Engineering - 1988. - V. 3. - № 2. - C. 249-357.

89. Чичеров Л. Г. Нефтепромысловые машины и механизмы - М.: Недра -1983. - C. 222-223.

90. Ван Хэнян, Подгорнов В.М., Мо Цзияли Экспериментальные исследования эффективности фильтрующих элементов забойных фильтров в потоке высоковязкой нефти. // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море - 2022. - № 01. с. 43-47.

91. Лихушин А.М. Гидродинамические методы повышения эффективности строительства скважин в неустойчивых породах - М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2012.

- 164 с.

92. Hawkins M F Jr. A note on the skin effect // Journal of Petroleum Technology

- 1956. - V.8. - № 12. - C. 65-66.

93. Крылов В.И., Рябцев П.Л. К вопросу оптимизации конструкции щелевых хвостовиков для горизонтальных скважин НТЖ - 2006. - № 10.

94. Hawkins M. A note on the skin effect // Journal of Petroleum Technology -1956. - V. 8. -№ 12. C. 65-66.

95. Karakas M., Tariq S M. Seminalytical productivity model for perforated completion. SPE - 1991. -V. 6. - № 1. - C. 73-82.

96. Furui K, Zhu D, Hill A D. A comprehensive skin factor model of horizontal well completion performance. SPE 84401 - 2005.

97. Ouyang L B, Arbabi S, Aziz K. A single-phase wellbore-flow model for horizontal, vertical, and slanted wells. SPEJ - 1998. - V. 3 - № 2. -C. 124-133.

98. Livescu S, Durlofsky L J, Aziz K. A semianalytical thermal multiphase wellbore flow model for use in reservoir simulation. SPE 115796 - 2008.

99. Coberly CJ. Selection of Screen Openings for Unconsolidated Sands // Drilling and Production Practice - 1937. - C.189-201.