Выбор  типа  фильтра  и расчет его основных размеров

Данный раздел, приводится в курсовом проекте магистрантов, вы­бравших конструкцию эксплуатационного забоя скважины с фильтром.

При  бурении скважин в рыхлых и полускальных породах для очистки пластового флюида, поступающего в эксплуатационную колонну, от ме­ханических примесей устанавливают фильтры. Тип фильтра (каркасный, каркасно-стержневой, сетчатый и т.д.) выбирают в зависимости от свойств породы продуктивного пласта. Рекомендуемые для различных продуктивных пластов типы фильтров приведены в табл. 11.

 

Таблица 11

Рекомендуемые типы фильтров

 

Горные породы	Типы фильтров
Скальные и полускальные породы. Гравийно-галечниковые отложения с размером частиц от 20 до 100 мм (>50 мас.%)	Трубчатые с круглой и щелевой перфорацией; каркасно-стержневые
Гравий, гравелистый песок с размером частиц от 1 до 10мм с преобладающим размером 2-5 мм (>50 мас.%)	Трубчатые и стержневые каркасы с приемной поверхностью из проволоки или без нее. Трубчатые и стержневые каркасы с ­приемной поверхностью из проволоки или штампованного листа
Пески среднезернистые с преобладающим размером частиц 0,25-0,50 (>50 мас.%)	Гравийно-обсыпные с уширенным контуром. Возможно применение двухслойных фильтров
Пески мелкозернистые с преобладающим размером частиц 0,10-0,25 мм (>50 мас.%)	Гравийно-обсыпные с уширенным контуром. Возможно применение двухслойных обсыпок и блочных фильтров

 

Для агрессивного состава пластового флюида с большим содержанием углекислоты, серо­водорода и кислорода каркасы фильтров изготавливаются из нержавеющей стали или неметаллических труб.

Каркасы фильтров выполняют из стальных обсадных труб нефтяного сортамента, геологоразведочного сортамента, труб из нержавеющей стали, а также винипластовых, полиэтиленовых, стеклопластиковых, асбестоцементных и др.

Для выбора размеров проходных отверстий фильтра можно пользоваться данными таблицы 12.

 

 

Таблица 12 

Размеры проходных отверстий фильтров

 

Типы фильтров	Размеры проходных отверстий при коэффициенте неод­нородности пород Кн
	<2	>2
С круглой перфорацией	(2,5-3)d50	(3-4)d50
Со щелевой перфорацией	(1,25-1,5)d50	(1,5-2)d50
Сетки	(1,5-2)d50	(2-2,5)d50
Примечание: Kn=d60/d10; d50 и d60 - размеры частиц, соответствующие 10, 50 и 60 %- ному содержанию их в породе.

 

Фильтры эксплуатационных скважин должны удовлетворять условиям длительной эксплуатации и, при необходимости, проведения ремонта.

Размеры проходных отверстий фильтров при устройстве гравийной обсыпки принимаются равными  среднему диаметру частиц слоя обсыпки, примыкающего к стенкам фильтра.

Под скважностью фильтра понимают отношение площади отверстий к общей площади боковой поверхности фильтра, выраженное в процентах.

Минимальный диаметр каркаса фильтра следует принимать не менее 80-100 мм, а скважность следует доводить до 20-25 %.

В фильтрах с приёмной поверхностью из проволочной обмотки и штампованного стального листа скважность каркасов принимается исхо­дя из условий их прочности, до 30-60 %.

Расчет фильтра заключается в определении его диаметра и длины приемной части в зависимости от дебита, состава и условий залегания горных пород нефтегазовой залежи, мощности и гидравлического режима продуктивного горизонта [9].

Диаметр фильтра D _ф для малонапорных и маломощных продуктивных горизонтов выбирают с учетом поперечных габаритов подъемного обо­рудования, длину фильтра - в зависимости от проектного дебита скважины и мощности продуктивного горизонта. В продуктивных горизонтах мощностью до 10 м длина рабочей части фильтра (I _ф) принимается равной их мощности. Для более мощных горизонтов длина рабочей части фильтра (в м).

 

                                       I_ф =аQ/D_ф                                                                   (13)

 

где а - опытный коэффициент, зависящий от гранулометрического состава

      породы продуктивного горизонта;

 Q -проектный дебит, м³ /ч;

 D_ф - диаметр фильтра, мм.

 

Значение коэффициента адля различных пород:

песок мелкозернистый............................     90

песок среднезернистый.................................... 60

песок крупнозернистый................................... 50

песчано-гравийные отложения....................... 30

известняки слаботрещиноватые...................... 90

известняки среднетрещиноватые...             60

известняки сильнотрещиноватые....            30

 

Ориентировочный диаметр фильтров определяется по формуле

 

                                                                                               (14)

 

В гравийных фильтрах в качестве материала для обсыпки применя­ются песок, гравий, песчано-гравийные смеси. Размер частиц материалов для обсыпки выбирают из соотношения

 

(15)

 

где D₅₀ и d₅₀  - размеры частиц, соответствующие 50 % - ному содержанию

                   в обсыпке и породе.

В гравийных фильтрах толщина слоев обсыпки принимается с учетом конструкции фильтра. Для фильтров, собираемых на поверхности земли и опускаемых в скважину в готовом виде, толщина каждого слоя обсыпки должна быть не менее 30 мм. Для фильтров, создаваемых на забое скважин засыпкой гравия по межтрубному пространству, толщина каждого слоя обсыпки должна быть не менее 50 мм.

Наиболее надежны в эксплуатации скважины фильтры с гравийной обсыпкой толщиной в 150-200 мм.

При устройстве двухслойных обсыпок подбор механического со­става материала слоев производится по соотношению

 

((16)

 

где D₂ и D₁ - средние диаметры частиц материала соседних слоев обсыпки.

Первый слой обсыпки, прилегающий к каркасу фильтра, подбира­ется таким образом, чтобы размеры гравия были большие.

При устройстве гравийных фильтров за наружный диаметр сква­жины следует принимать диаметр внешнего контура обсыпки.

Для предотвращения разрушения несцементированных и слабосцементированных песчаных коллекторов и выноса песка в скважину при эксплуатации нефтяных и газовых скважин и сооружении скважин под­земного выщелачивания прискважинный участок продуктивного пласта также оборудуют гравий­ным фильтром.