32 поскольку они представляют собой газожидкостную эмульсию. В качестве жидкости для образования пен используют воду или нефть, в качестве газа – азот. Для образования устойчивой пены добавляют небольшое количество ПАВ до 5 – 6%). Использование пен в качестве промывочных жидкостей обусловлено стремлением снизить гидростатическое давление на пласт при выполнении технологических операций. Важным свойством пены является ее способность удерживать во взвешенном состоянии крупные твердые частицы, что не удается другим типам промывочных жидкостей. При промывке скважин, имеющих угол наклона более, применение пен нежелательно, так как при их распаде в процессе подъема по колонне лифтовых труб происходит образование застойных зон в местах, где колонна гибких труб соприкасается с внутренней поверхностью лифтовых труб. В ряде случаев может образовываться поток жидкости, направленный сверху вниз, который переносит частицы песка обратно на забой. Предотвратить это явление можно, если обеспечить турбулентный режим течения промывочной жидкости по всему поперечному сечению лифтовой колонны. Этому способствует подача в промывочную жидкость азота. Жидкости, содержащие газ и пены, требуют более сложных режимов работы оборудования. При их использовании, как правило, необходимо обеспечивать дросселирование поднимающегося потока на выходе из устьевой арматуры. В качестве промывочного агента используют также и газ, в подавляющем большинстве случаев – это азот. К положительным его свойствам следует отнести нетоксичность, инертность, плохое растворение вводе и углеводородных жидкостях. Использование газа позволяет резко снизить величину гидростатического давления на забой скважины. Основными показателями процесса промывки скважины являются величины скоростей в колонне гибких труб г и затрубном пространстве v
з
Скорость восходящего потока при работе с КГТ, как и при любой промывке, должна превосходить скорость оседания в ней твердых частиц. Это

33 условие справедливо для вертикальных скважин и наклонных участков в последних с отклонением от вертикали до 45

. Для более пологих и тем более горизонтальных участков скважины процесс выноса твердых частиц гораздо сложнее. В таких случаях происходит образование застойных зон в местах контакта гибкой трубы со стенкой скважины или эксплуатационной колонной. В этой зоне частицы песка оседают, несмотря на достаточную среднюю скорость течения. Для предотвращения этого явления или сведения его отрицательного эффекта к минимуму необходимо обеспечивать достаточную турбулентность потока восходящей жидкости. Для оценки возможности выноса твердых частиц потоком жидкости используют понятие установившейся скорости оседания частиц. Анализ показывает, что установившаяся скорость оседания для частиц песка размером 0,85 мм составляет 0,131 мс, а для 2,5 мм – 0,289 мс. Разнообразный гранулометрический состав песка подводит нас к тому, что расчеты данного параметра необходимо производить с учетом максимального размер выносимых на поверхность песчинок. Для того, чтобы обеспечить подъема песка, считается, что в вертикальных скважинах скорость восходящего потока жидкости должна превышать установившуюся скорость оседания в 1,5 – 2 раза, а в горизонтальных участках скважин – более чем враз. В случаях, когда ньютоновская жидкость не обеспечивает необходимый выноса песка, используют пену или газ. Как показывает практика, большая часть гидродинамических потерь во внутрискважинном оборудовании приходится на колонну гибких труб. Гидравлическое сопротивление кольцевого пространства примерно на порядок меньше этих потерь. Следует иметь ввиду, что при концентрации твердых частиц в жидкости до 360 кг/м
3
вязкость последней практически не изменяется и при расчетах ее можно рассматривать как чистую жидкость. Свыше указанного предела необходимо учитывать изменяющиеся свойства жидкости. Наличие твердых частиц в промывочной жидкости, поднимающейся по кольцевому пространству, приводит к повышению гидростатического давления

34 на забой. Их присутствие обусловливает увеличение давления насоса, подающего технологическую жидкость в КГТ. При использовании для контроля за давлением стрелочных манометров со шкалой, рассчитанной на максимальные величины, этот прирост может быть и незаметен оператору. Однако если плотность жидкости подбиралась недостаточно точно и имеется опасность поглощения ее пластом, то может возникнуть следующая ситуация. При увеличении гидростатического давления технологическая жидкость будет уходить в пласт. При этом ее расход в восходящем потоке уменьшится, а плотность последнего будет все время возрастать, что повлечет за собой дальнейшее увеличение гидростатического давления. Этот процесс будет идти до тех пор, пока не произойдет полная потеря циркуляции, песок опустится по кольцевому пространству вниз и произойдет прихват колонны гибких труб. При планировании операций по удалению песчаных пробок необходимо предусматривать возможность утечки пластовой жидкости в пласт и иметь ее запас. Концентрация твердых частиц, слагающих пробку, в технологической жидкости, поднимающейся по кольцевому пространству, определяется скоростью перемещения КГТ в пробке. При удалении одиночной рыхлой пробки концентрация твердых компонентов в поднимающейся жидкости мала и практически не оказывает влияния на гидростатическое давление. При очистке колонны достаточно большой длины с несколькими пробками следует контролировать расход технологической жидкости из кольцевого пространства. В том случае, если расход жидкости уменьшается или прекращается вообще, необходимо поднять колонну, продолжая закачку жидкости до возобновления циркуляции. Рекомендуются ограничивать скорость спуска КГТ до 9 – 12 м/мин, если положение пробки неизвестно. Если оно установлено, скорость может быть увеличена до 18 м/мин. В процессе спуска КГТ должна поддерживаться непрерывная циркуляция жидкости. После размыва пробки или ее участка нужно продолжать промывку без изменения глубины подвески КГТ до тех пор, пока из кольцевого пространства не будет вынесен весь объем песка. При дальнейшем спуске колонны следует

35 контролировать нагрузку на транспортер – она должна монотонно увеличиваться пропорционально глубине спуска. Периодически через 300 м целесообразно проверять усилие, необходимое для подъема колонны. При разрушении плотной пробки может возникнуть ситуация, когда пробка воспримет вес КГТ и ее перемещение прекратится. Такое положение однозначно отражается на показаниях индикатора веса колонны и манометра, регистрирующего давление, развиваемое насосом, – показания первого прибора уменьшаются, а второго увеличиваются. После определения верхней границы пробки колонну гибких труб приподнимают нами увеличивают подачу промывочного насоса до расчетной величины. Скорость перемещения колонны при разрушении подобной пробки составляет 1–3 см/с. Если этот интервал достаточен для образования объема, в котором песок находится во взвешенном состоянии за счет турбулизации жидкости истекающим из КГТ потоком, то при входе в колонну лифтовых труб скорость подъема резко возрастает и процесс выноса песчаных частиц идет нормально. Если это условие не соблюдается, то верхняя граница расположения взвешенных частиц находится ниже башмака лифтовой колонны. В этом случае песок не будет выноситься на поверхность. Для обеспечения эффективного выноса песка используют пены или полимерные гели, приготавливаемые на водяной основе и имеющие повышенные сопротивления сдвигу и низкую вязкость. При достижении башмака лифтовой колонны и подходе к вероятной точке нахождения песка скорость спуска уменьшают до среднего значения. Момент соприкосновения наконечника гибкой трубы с песчаной пробкой определяют по индикатору нагрузки – величина усилия в точке подвеса трубы резко уменьшается, а давление, развиваемое промывочным насосом, возрастает. Для повышения эффективности процесса разрушения пробки используют насадки на КГТ различной конструкции. Все они основаны на гидромониторном эффекте, а отличаются числом отверстий и направлением. Потери давления на подобных насадках могут достигать 17 МПа.

36 Для уменьшения гидростатического давления на пласт при удалении песчаных пробок существуют способы, основанные на применении струйного насоса, спускаемого на двух коаксиально расположенных колоннах гибких труб. Использование данного способа промывки может быть реализовано только при достаточном внутреннем диаметре труб, в которых происходит перемещение коаксиальных колонн гибких труб. Все описанные выше проблемы возникают и решаются при прямом способе промывки, когда технологическая жидкость направляется к пробке через колонну гибких труб. Несмотря на советы не допускать попадания во внутреннюю полость песка и других компонентов пробки, есть мнение о целесообразности использования обратной промывки. Все вопросы о преимуществах и недостатках прямой и обратной схем промывок при удалении пробок достаточно хорошо разработаны для традиционных способов КРС. В данном случае они остаются справедливыми. Основным опасением и аргументом против использования схемы обратной промывки является возможность закупорки КГТ продуктами, слагающими пробку. Кроме того, при подаче жидкости в кольцевое пространство может произойти потеря устойчивости колонны гибких труб в верхней части и смятие. Практические эксперименты и предварительные расчеты режимов выполнения обратной промывки показывают, что в качестве технологических жидкостей в данном случае можно использовать только несжимаемые. Проведем гидравлический расчет промывки забойной песчаной пробки, для чего определим давление на выкиде насоса, необходимую мощность двигателя на забое скважины, время на промывку пробки и разрушающее действие струи. Сравним прямую и обратную промывку водой.
Исходные данные
- глубина скважины №285 Нм- наружный диаметр НКТ н = 114,3 мм (расчеты проводим с целыми значениями, н
= 114 мм

37
- внутренний диаметр НКТ в 100 мм
- наружный диаметр промывочных труб d н = 44 мм
- внутренний диаметр промывочных труб d в = 37 мм
- максимальный размер песчинок, составляющих пробку ч = до 1 мм
- толщина стенки промывочных труб d с = 3,5 мм. Для промывки используется насосная установка ЦА-320М:
- d поршня = 100 мм
- производительность агрегата 2 скорость – 2,9 л/с; 3 скорость – 5,2 л/с; 4 скорость – 7,9 л/с; 5 скорость – 11,9 л/с. Рекомендуемый расход жидкости (воды) при циркуляции, согласно технологическому регламенту по ремонту скважин с помощью колтюбинговых установок, для выноса частиц размером до 1 мм и плотностью 2600 кг/м
3
составляет л/с, при соотношении диаметров НКТ и КГТ х, для вертикальных скважин с максимальным углом наклона не более 25 градусов. Скорость выноса частиц составляет от 0,4 – 0,7 мс. Исходные данные
- глубина скважины Нм- диаметр эксплуатационной колонны D=168 мм
- диаметр промывочных труб d=73 мм
- максимальный размер песчинок (зерен, составляющих пробку, δ=1 мм песчаная пробка находится в эксплуатационной колонне выше фильтра. Необходимый расход промывочной жидкости через КГТ диаметром
44×3,5 мм должен составлять 3–4 л/с, давление при нагнетании – от 80 до 150 атмосфер. Данным условиям удовлетворяет работа агрегата ЦА – М, эксплуатационная характеристика которого приведена в таблице 2, на й скорости при диаметре поршня 100 мм (расход до 5,2 л/с, давление до 1,8 МПа. Техническая характеристика агрегата ЦА-320М (полезная мощность двигателя 108,0 кВт) представлена в таблице 2. Таблица 2 – Подача агрегата ЦА-320М

38 Частота вращения коленчатого вала дизель- мотора, об/мин Передача КПП Давление, МПа, при диаметре втулки, мм Подача, л/с, при диаметре втулки, мм
100 115 127 100 115 127 Максимальная подача
1700 2
30,5 22,5 18,5 3,0 4,1 5,1 3
15,9 11,7 9,5 5,8 7,9 9,8 4
10,26 7,6 6,1 9,0 12,2 15,1 5
6,9 5,0 4,0 13,5 18,3 23,0 Максимальное давление
1600 2
32 23 18,5 2,9 4,0 4,9 3
18 13,4 10,7 5,2 7,0 8,7 4
11,7 8,7 7,0 7,9 10,7 13,3 5
7,8 5,8 4,7 11,9 16,1 20,0 Агрегат цементировочный насосный ЦА-320М представлен на рисунке
11.
1 - шасси автомобиля КрАЗ-250, КрАЗ-65101, Урал 2 - коробка отбора мощности 3 – редуктор 4 - блок водоподающий с центробежным насосом 5 - насос НЦ-320;
6 - колено шарнирное х 7 - колено шарнирное сдвоенное х 8 - бак мерный с донными клапанами 9 - бачок цементный 10 – манифольд; 11 - труба L=4065 ; 12 - труба
L=2065; 13 - труба L=1140 Рисунок 11 - Агрегат цементировочный насосный ЦА-320М

39 Рассчитать показатели скорости восходящего и нисходящего потока процесса промывки скважины можем из следующих формул
( где d
тр.н
– наружный диаметр гибкой трубы
d
тр.в
– внутрений диаметр гибкой трубы в – внутренний диаметр труб в которые спущены гибкие трубы
Q – подача технологической жидкости, в мс. Скорость нисходящего потока Скорость восходящего потока Определяем потери напора на гидравлические сопротивления при движении жидкости в промывочных трубах где λ – коэффициент трения при движении воды в трубах н – скорость нисходящего потока жидкости, мс.

40 Определим режим течения жидкости в КГТ:
( где η – структурная вязкость жидкости (η = 1×10
-2
Н·с/м
2
);
– динамическое напряжение сдвига
= 8,16 Нм.
(
Следовательно, режим течения турбулентный. При обобщенном критерии Рейнольдса Re ≤ 2300 режим течения будет ламинарным, а при Re > 2300 – турбулентным. При турбулентном режиме λ определяется по формуле
√
√
- при ламинарном режиме Подставив численные значения, получим потерю напора при работе агрегата на 3 скорости

41 Вычисления делаем только для 3 скорости, т.к. конструктивные особенности насоса ЦА-320М не позволяют продолжительное время работать на 1 скорости, насос выйдет из строя, что недопустимо при промывке. Производительность насоса на II скорости недостаточна для создания восходящего потока, способного поднять промытый песок и наконец, работа агрегата длительное время на IV скорости приводит к перегреву двигателя Определяем потери напора на гидравлические сопротивления при движении смеси жидкости с песком в затрубном пространстве скважины по формуле где φ – коэффициент, учитывающий повышение гидравлических потерь напора в результате содержания песка в жидкости (пределах от 1,1 до 1,2); в – скорость восходящего потока жидкости в кольцевом пространстве, мс. Определим режим течения жидкости в кольцевом пространстве скважины где
- скорость течения жидкости по кольцевому пространству.
( те. режим течения ламинарный

42 Потери напора в кольцевом пространстве при работе агрегата наскоро- сти: Потери напора на уравновешивание столбов жидкости разной плотности в промывочных трубах ив кольцевом пространстве определяются по формуле КА. Апресова:
[
(
) ],
(9) где m – пористость песчаной пробки (принимаем равной 0,3);
F – площадь проходного сечения НКТ; п – высота пробки промытой за один прием (принимаем 12 м
f – площадь поперечного сечения кольцевого пространства между НКТ и
КГТ; п – плотность зерен песка (п кг/м
3
); ж – плотность промывочной жидкости (ж 1000 кг/м
3
); у – установившаяся скорость оседания песчинок вводе, которая рассчитывается по формуле
√

43 где k – коэффициент, зависящий в основном от формы частицы, так как форма частицы шарообразная k = 0,159.
√ Потери напора на уравновешивание столбов жидкости при работе агрегата на й скорости
[
(
) ] Потери давления на гидравлические сопротивления в шланге и вертлюге при движении воды определяются по опытным данным приведенным в таблице
3. Потери напора, возникающие в шланге h
4
и вертлюге h
5
, составляют в сумме при работе агрегата на скорости 3 - (h
4
+h
5
)
3
= 12 м. вод. ст. Таблица 3 - Гидравлические потери напора в шланге и вертлюге Расход воды, л/с Потери напора, м вод.ст. Расход воды, л/с Потери напора, м вод.ст.
3 4
7 22 4
8 8
29 5
12 9
36 6
17 10 50 Находим потери напора на гидравлические сопротивления в мм нагнетательной линии (d в мот насоса агрегата до вертлюга. Принимаем длину нагнетательной линии нм) где λ
1
=0,035.
g
v
d
L
h
â
â
í




2 2
1 5


44 Потери давления в нагнетательной линии при работе агрегата на й скорости Определяем давления на напоре насоса по суммой потерь, по формуле
(12) Давление на напоре насоса при работе агрегата на й скорости Определяем давление на забое скважины при работе установки Давление на забое Определяем мощность, необходимую для промывки скважины от песчаной пробки
,
(14) где а – общий механический КПД агрегата (принимаем а = 0,65);
Q – подача агрегата. н 10

45 Мощность при работе Определим коэффициент использования максимальной мощности насосной установки, насосная установка ЦА – М имеет номинальную полезную мощность N
max
= 108 кВт.
(15) Коэффициент использования максимальной мощности при работе Определим скорость подъема размытого песка Скорость подъема песка п = 0,82 – 0,201 = 0,619 мс Определяем продолжительность подъема размытой пробки после промывки скважины до появления чистой воды, переводя в минуты Продолжительность подъема пробки
100
max


N
N
K

46 Размывающая сила струи жидкости. Силу удара струи промывочной жидкости можно определить последующей формуле где Q - подача агрегата, л/с;
- площадь поперечного сечения струи жидкости, нагнетаемой в скважину, см,
F - площадь проходного сечения эксплуатационной колонны, см
2
В нашей задаче эти величины равны
=10,7 см (для мм колонным (для мм колонны. Следовательно, по формуле (18) имеем силу струи Р при работе агрегата на 3 скорости
2.6 Обратная промывка водой
Потери напора на гидравлические сопротивления при движении жидкости в кольцевом пространстве между мм и мм трубами определяются по формуле

47 По формуле (19) имеем потери напора при работе агрегата на 3 скорости Потери напора на гидравлические сопротивления при движении смеси жидкости с песком в мм трубах определяются по формуле где
В – скорость восходящего потока равна
Н при прямой промывке. Пользуясь формулой (20), определим h
2
при работе агрегата наскоро- сти: Потери напора на уравновешивание разностей плотностей жидкостей в промывочных трубах и кольцевом пространстве определяются по формуле (3), в которую вместо подставляют
= 10,7 см - площадь внутреннего сечения
44- мм труб. Следовательно, по формуле (9) имеем h
3
при работе агрегата наскоро- сти:
[
(
) ] Гидравлические потери давления в шланге и вертлюге при обратной промывке обычно отсутствуют или ничтожно малы. Потери давления на гидравлические сопротивления в нагнетательной линии будут такие же, как и при прямой промывке на й скорости h
6
= 3,4 м.вод.ст. Давление на напоре насоса, определяемое по формуле (12) при работе на
3 скорости : Давление на забое скважины вычислим по формуле (13) при работе на 3 скорости Мощность, необходимую для промывки песчаной пробки, определим по формуле (14) при работе агрегата на й скорости Использование максимальной мощности промывочного агрегата определим по формуле (15) при работе агрегата на 3 скорости Скорость подъема размытого песка определим по формуле (16) при работе агрегата на 3 скорости п = 4,83– 0,201 = 4,6 мс

49 Продолжительность подъема размытой пробки после промывки ее каждым коленом до появления чистой воды определяется по формуле (17):
2.7 Подземное оборудование газовой скважины Подземное оборудование ствола скважины позволяет осуществлять
- защиту скважины от открытого фонтанирования
- остановку скважины, исследование и освоение без задавки ее жидкостью- воздействие на призабойную зону пласта с целью интенсификации притока газа к устью
- эксплуатацию скважины на установленном технологическом режиме
- замену колонны НКТ без задавки скважины жидкостью [16]. Компоновка подземного оборудования скважины показана на рисунке 12.
1 – эксплуатационный пакер; 2 - клапан циркуляционный 3 - ниппель 4 - клапан- отсекатель забойный с уравнительным клапаном 5 - разобщитель колонны НКТ; 6 - клапан ингибиторный; 7 – аварийный клапан, срезной; 8 - НКТ; 9 - жидкий ингибитор коррозии и