УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМА ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИНЫ

Настоящая полезная модель относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использована для исследования скважин и изучения процессов выноса песка из призабойной зоны скважин.
Наиболее близким аналогом предложенной полезной модели является устройство для оптимизации режима эксплуатации скважины, состоящее из соединенных трубопроводом источника сжатого газа и корпуса с входным и выходным патрубками (см. Патент US 5103428 опубл. 07.04.1992, патентообладатель: Mobil Oil Corporation). Корпус с размещенными образцом породы и элементом, имитирующим обсадную колонну, моделирует призабойную зону скважины.
Однако в известном устройстве не предусмотрено выявление параметров, позволяющих при различных расходах газа определять прочность сцепления минеральных частиц породы - пласта коллектора, а также эффективность работы скважинного фильтра.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание устройства для оптимизации режима эксплуатации скважины, моделирующего призабойную зону скважины, с помощью которого возможно определять предельно допустимый расход газа в скважине и оценивать эффективность работы скважинного фильтра, что позволит повысить эффективность работы скважины.
Предлагаемое устройство для оптимизации режима эксплуатации скважины состоит из соединенных трубопроводом источника сжатого газа и моделирующего призабойную зону скважины корпуса с входным и выходным патрубками, внутри которого размещен образец породы. Причем на трубопроводе, соединяющем источник сжатого газа с корпусом, установлены последовательно регулятор давления газа, запорный вентиль, манометр и ротаметр, корпус выполнен из прозрачного материала в виде полого цилиндра, горизонтально установленного своими краями на вертикальных опорах, внутри корпуса между сетками размещены образец породы и скважинный фильтр, сжимаемые упругим элементом с усилием, превышающим суммарный вес образца породы и скважинного фильтра.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено устройство для оптимизации режима эксплуатации скважины, фиг.2 -схема расположения разборного корпуса, моделирующего призабойную зону скважины, относительно весов при взвешивании, фиг.3-4 - схема разборного корпуса, моделирующего призабойную зону скважины.
Устройство содержит источник сжатого газа (на фиг. не показан), установленные последовательно на трубопроводе 1 регулятор давления газа 2, запорный вентиль 3, манометр 4 и ротаметр 5, соединенный трубопроводом 6 с разборным корпусом 7, имеющим входной патрубок 8 и выходной патрубок 9. При этом патрубки 8 и 9 могут быть выполнены в виде штуцера. Разборный корпус 7 выполнен из прозрачного материала в виде полого цилиндра, обе части которого герметично соединены муфтой 10, и установлен на стапель 11. Разборный корпус 7, моделирующий призабойную зону скважины, включает в себя упругий элемент 12 в виде пружины, сетку 13, образец породы 14, гравийный или иной скважинный фильтр 15, сетку 16, вертикальные опоры 17 и 18.
Устройство работает следующим образом.
В разборном корпусе 7 последовательно размещают сетку 16, скважинный фильтр 15, образец породы 14, сетку 13. Сборку из позиций 16, 15, 14, 13 сжимают упругим элементом 12 с усилием, превышающим суммарный вес образца породы и скважинного фильтра, что исключает их самопроизвольное перемещение.
Разборный корпус 7 обдувают снаружи струей сжатого воздуха и проводят двукратное взвешивание. Схема расположения разборного корпуса, моделирующего призабойную зону скважины относительно весов при взвешивании показана на фиг.2.
0
180
0
0
Разборный корпус 7 с образцом породы 14, скважинным фильтром 15 устанавливают горизонтально одной опорой 17 на неподвижную подставку 19, другой опорой 18 на середину чашки весов 20 и взвешивают. Результат взвешивания G  фиксируют. Далее разборный корпус 7 разворачивают вокруг вертикальной оси на 180 градусов, вновь устанавливают горизонтально одной опорой 18 на неподвижную подставку 19, другой опорой 17 на середину чашки весов 20 и взвешивают. Фиксируют результат второго взвешивания G .
Двукратное взвешивание до продувки позволяет определить не только массу ячейки в сборе, но и положение ее центра масс.
Измеряют и фиксируют размеры границ, занимаемых образцом породы и скважинным фильтром в разборном корпусе до продувки ho и Но (см. фиг.3).
Устанавливают разборный корпус 7 в стапель 11. Подсоединяют к входному патрубку 8 трубопровод 6. Регулятор давления газа 2 устанавливают в положение, соответствующее отсутствию давления на его выходе, открывают запорный вентиль 3 и регулятором давления газа 2 устанавливают расход газа, соответствующий нижней части шкалы ротаметра 5 и фиксируют установившиеся значения давления и расхода по манометру 4 и ротаметру 5.
Поток газа, проходящий вдоль разборного корпуса 7 через образец породы 14, выносит из породы соответствующие его энергии минеральные частицы, некоторое количество которых задерживается скважинным фильтром 15. Другая часть минеральных частиц, пройдя через скважинный фильтр 15, вылетает из выходного патрубка 9.
По окончании заданного времени продувки запорный вентиль 3 закрывают.
Время продувки для серии однотипных образцов выбирают опытным путем, исходя из чувствительности используемых весов 20 и желания максимально сократить время одного эксперимента.
Для большинства образцов время продувки составляет 10 минут.
0
180
1
1
Разборный корпус 7 снимают со стапеля 11 и проводят двукратное взвешивание. Сначала разборный корпус 7 устанавливают горизонтально одной опорой 17 на неподвижную подставку 19, другой опорой 18 на середину чашки весов 20, взвешивают и фиксируют результат взвешивания G  Далее разборный корпус 7 разворачивают вокруг вертикальной оси на 180 градусов, вновь устанавливают горизонтально одной опорой 18 на неподвижную подставку 19, другой опорой 17 на середину чашки весов 20, взвешивают и фиксируют результат второго взвешивания G .
1
1
Измеряют и фиксируют, размеры границ, занимаемых образцом породы и скважинным фильтром в разборном корпусе после продувки h и H (см. фиг.3).
Результаты измерений до и после продувки сведены в таблице 1.
Повторное двукратное взвешивание после продувки позволяет определить уменьшение массы ячейки за счет вынесенных минеральных частиц и изменение положения ее центра масс за счет перемещения минеральных частиц внутри ячейки.
Далее эксперимент повторяют при большем расходе газа, устанавливаемом регулятором давления газа 2 по шкале ротаметра 5.
обр
По результатам взвешиваний и измерений линейных размеров до и после продувки вычисляют массу минеральных частиц, вынесенных из образца породы (ΔМ), массу минеральных частиц, задержанных скважинным фильтром (Δm), массу минеральных частиц, прошедших скважинный фильтр и вынесенных потоком газа из сосуда (ΔМ). Вычисления проводят по формулам:
обр
где ΔМ - масса минеральных частиц, вынесенных из образца породы, г;
Δm - масса минеральных частиц, задержанных скважинным фильтром, г;
ΔM - масса минеральных частиц, прошедших скважинный фильтр и вынесенных потоком газа из разборного корпуса, г;
L - расстояние между опорами разборного корпуса, мм (см. фиг.4);
Пр0
L - координата центра масс упругого элемента и сетки до продувки, мм;
Пр1
L - координата центра масс упругого элемента и сетки после продувки, мм;
М0
L - координата центра масс образца породы до продувки, мм;
М1
L - координата центра масс образца породы после продувки, мм;
m0
L - координата центра масс скважинного фильтра до продувки, мм;
m1
L - координата центра масс скважинного фильтра после продувки, мм;
0
0
G  - результат взвешивания до продувки, г;
0
1
G  - результат взвешивания после продувки, г;
180
0
G  - результат взвешивания разборного корпуса развернутого на 180 градусов до продувки, г;
180
1
G  - результат взвешивания разборного корпуса развернутого на 180 градусов после продувки, г;
0
m - масса скважинного фильтра до продувки, г;
1
m - масса скважинного фильтра после продувки, г;
0
М - масса образца породы до продувки, мм;
m - масса упругого элемента и сетки, г;
М0
m0
М1
m1
При этом значения L, L, L, L вычисляют по формулам:
0
0
1
1
где h, Н, h и H размеры границ, занимаемых образцом породы и скважинным фильтром в разборном корпусе до и после продувки.
3
Результаты расчета количества вынесенных из образца породы, задержанных гравийным скважинным фильтром и вынесенных из фильтра минеральных частиц за время продувки устройства воздухом приведены в таблице 2. Из полученных расчетов следует, что при известном расходе газа Q=0,5 м/ч, протекавшего в течение 10 минут сквозь размещенные в разборном корпусе образец породы и скважинный фильтр, из образца породы вынесено 0,8 г минеральных частиц, часть которых, а именно 0,45 г задержаны фильтром, а часть в количестве 0,35 г - прошла через фильтр и вылетела из устройства.
Использование предложенного устройства позволяет определять при заданном расходе газа свойства породы - коллектора, характеризуемые прочностью сцепления минеральных частиц и их способностью ее покидать, выраженные в количестве минеральных частиц покинувших породу, а также эффективность скважинного фильтра, выраженную в количестве минеральных частиц породы - коллектора, задержанных фильтром.
По результатам серии экспериментов, проведенных на предложенном устройстве может быть выбран для конкретной скважины оптимальный режим ее работы - предельно допустимый расход газа, а также подобран наилучший вариант скважинного фильтра, что в свою очередь позволит повысить эффективность работы скважины.
Использование предложенного устройства позволяет получать экспериментальные результаты в ходе исследований на образцах малых объемов с высокой чувствительностью и точностью.
Так, при использовании не самых высокоточных лабораторных весов ВЛР - 1 кг 3-го класса, с ценой деления шкалы 10 мг и массе измерительной ячейки в сборе с образцами породы и скважинного фильтра массой 498, 890 г при массе пустого разборного корпуса 275,970 г чувствительность измерения количества минеральных частиц вынесенных из ячейки составляет
Таблица 1
Устройство для оптимизации режима эксплуатации скважины
Н<sub>0,</sub> мм
h<sub>0,</sub> мм
G<sub>0</sub> <sup>0</sup>, г
G<sub>0</sub> <sup>180</sup>, г
Н<sub>1</sub>, мм
h<sub>1</sub>, мм
G<sub>1</sub> <sup>0</sup>, г
G<sub>1</sub> <sup>180</sup>, г
110
50
323, 480
175, 410
110
50
323, 310
175, 230
Таблица 2.
Количество минеральных частиц, вынесенных из образца породы, ΔМ<sub>обр</sub>=M<sub>1</sub>-М<sub>0</sub>, г (со знаком “минус”)
Количество минеральных частиц образца породы, осевших в фильтре Δm=m<sub>1</sub>-m<sub>0</sub>, г (со знаком “плюс”)
Количество минеральных частиц, вынесенных из скважинного фильтра, ΔМ=G<sup>180</sup> <sub>1</sub>-G<sup>180</sup> <sub>0</sub>+G<sup>0</sup> <sub>1</sub>-G<sup>0</sup> <sub>0</sub>, г(со знаком “минус”)
102,00-102,80=-0,80
120,57-120,12=0,45
323,31+175,230-323,480-175,410=-0,350