СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР

Полезная модель относиться к области техники добычи продукта из нефтяных и газовых скважин, а именно к скважинным фильтрам, которые применяются в горизонтальных добывающих нефтяных и газовых, а также нагнетательных скважинах.
Известна конструкция скважинного фильтра, имеющего перфорационные отверстия различных форм, а также имеющая несколько фильтрующих поверхностей. (Патент RU 2096589).
Однако фильтры, выполненные по данной технологии, имеют недостатки по ряду характеристик. Конструкция такого скважинного фильтра не позволяет использовать весь запас пласта, а также не гарантирует устойчивость на смятие в экстремальных условиях эксплуатации в глубоких скважинах. Многие скважинные фильтры, имеющие несколько фильтрующих поверхностей, сложны по конструкции и в изготовлении.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является скважинный фильтр, содержащий перфорированную трубу и насадки с отверстиями, выполненные в форме трапецеидальных пазов-щелей или усеченных конусов, закрепленных на наружной поверхности трубы и совмещенные с ее отверстиями, где отверстия трубы и насадок расположены по винтовой линии. Патент (RU 2190731).
При эксплуатации данного скважинного фильтра как в добывающих нефтяных и газовых горизонтальных скважинах, так и в нагнетательных скважинах наблюдается неравномерный фронт вытеснения продукта из пласта по длине пласта, что приводит к замедлению скорости потока жидкости (газа), и как следствие, сокращается дебит добычи скважинного продукта.
Технической задачей данного изобретения является достижение наибольшего вытеснения нефти или газа из продуктивного пласта в добывающих горизонтальных нефтяных и газовых скважинах, или жидкости в нагнетательных горизонтальных скважинах.
Техническим результатом является выравнивание фронта вытеснения в горизонтальных добывающих нефтяных и газовых, а также в нагнетательных скважинах, что и позволяет увеличить дебит добычи скважинного продукта.
Техническая задача решается тем, что в скважинном фильтре, содержащем перфорированную трубу с отверстиями, расположенными по винтовой линии, отверстия выполнены разных размеров по площади и распределение площадей по длине горизонтального участка фильтра соответствует формуле (2). Результатом применения скважинного фильтра является выравнивание фронта вытеснения жидкости, что позволит увеличить добычу скважинного продукта.
На фиг.1 представлен общий вид скважинного фильтра. На фиг.2, 3 представлена схема движения контура вытеснения нефти водой при равномерной перфорации горизонтальной нагнетательной скважины. На фиг.4, 5 представлена схема движения контура вытеснения нефти водой при неравномерной перфорации горизонтальной нагнетательной скважины.
Скважинный фильтр, представленный на фиг.1, состоит из трубы - 1 с отверстиями - 2, расположенными по винтовой линии, отверстия распределены по длине фильтра с учетом перепадов давления.
Скважинный фильтр устанавливается в горизонтальный части ствола скважины. Эксплуатация фильтра осуществляется по известной технологии.
Как видно из фиг.2, 3 в случае равномерного распределения перфорационных отверстий в нагнетательной скважине (точка 0) выше, чем в конце скважины (точка 1) на величину потерь давления по длине горизонтального участка. Поэтому расход жидкости в начале нагнетательной
скважины выше, чем в конце и скорость движения фронта вытесняющей воды выше. Это приводит к тому, что скважина обводняется когда «голова» вытесняющей жидкости (вода) подходит к добывающей скважине (см. фиг.3 показанное пунктиром).
В результате остается значительный участок невытесненной нефти. Применение данного скважинного фильтра позволяет с самого начала нагнетания организовать равномерный фронт вытеснения нефти (см. фиг.4, 5). Такое движение обеспечивает полное вытеснение нефти по всей длине добывающей скважины.
Таким образом, использование данного технического решения позволяет значительно увеличить дебит добывающих скважин и существенно увеличить выдавливание агентом нефти в нагнетательных скважинах, что наглядно демонстрирует пример расчета.
Рассмотрим нагнетательную скважину. Пусть имеется горизонтальная труба длиной l. Требуется расположить отверстия (щели) таким образом, чтобы расход воды в пласт по длине трубы был бы равномерным.
0
0
Если давление в начале горизонтального участка Р, а расход равен Q, то при равномерном распределении «конуса» жидкости по длине l трубы на отрезке dx в пласт нагнетается  жидкости в единицу времени.
Обозначим через ƒ сумму площадей всех отверстий (подобных друг другу), которые нанесены на единице длины, а перепад давления в трубе над пластовым обозначит через h. Тогда должно выполняться условие:
μƒdx(1)
где μ - коэффициент истечения жидкости из отверстия;
g - ускорение свободного падения;
0
Q - расход жидкости
h - напор жидкости
ƒ - сумма площадей отверстий
Из уравнения (1) получаем уравнение
В то же время на участке трубы длиной dx потеря напора на гидравлические сопротивления для случая квадратичного закона движения составит
После интегрирования на участке от О до Х выражение (3), находим
пл
Тогда напор в произвольной точке х при напоре в начале трубы Н>Н будет
Подставляя значение (4) в (2),получаем
ƒ
Таким образом, выражение (5) дает распределение площадей отверстий или щелей по длине горизонтального участка горизонтальной скважины.
0
3
Пример: пусть имеется скважина с горизонтальным участком l=200 м, Q=0,016 м/с=16 л/с, диаметр скважины d=0,1 м.
Скорость в горизонтальном участке
Число Рейнольдса
коэффициент гидравлических сопротивлений
э
э
-5
(где К - коэффициент шероховатости, принятый равным К=5*10).
Расчеты по формуле (5) дают следующее распределение площадей отверстий по длине трубы (по X):
Для Х=0; 50; 100; 200 м или для  и 1 получаем
2
Для ƒ значения в см 1,4; 2,0; 3,2; 4,7; и 5,3.
2
2
Поэтому, например, на участке 25...75 м необходимо сделать перфорацию площадью 1,4 м, а на участке 125-175 м; ƒ=4,7 см.
В этом случае фронт движения вытесняющей жидкости, закачиваемой в пласт, будет равномерным.
Очевидно, что в добывающей скважине в конце горизонтального участка плотность перфорации должна быть больше, чем в начале трубы в той же пропорции. Аналогичные результаты можно получить для газовых скважин.