Наукові основи технології обладнання бурових свердловин кріогенно-гравійними фільтрами

Abstract

У дисертаційній роботі вирішено актуальну наукову проблему обгрунтування технологій виготовлення кріогенно-гравійного елементу фільтру і обладнання водоприймальної частини бурової свердловини кріогенно-гравійним фільтром. Обгрунтовано рецептури мінералов’яжучої речовини і кріогенно-гравійного композиту, встановлено закономірність впливу фізичних полів на зміну властивостей мінералов’яжучої речовини, кріогенно-гравійного композиту і елементу фільтру. Встановлено закономірності впливу технологічних операцій з обладнання водоприймальної частини бурової свердловини на зміну фі-зико-механічних, теплофізичних і технологічних властивостей експериментального кріогенно-гравійного елементу фільтру. Теоретично обгрунтовано і експериментально, в стендових і виробничих умовах, відпрацьовано параметри технології доставки до водоприймальної частини бурової свердловини кріогенно-гравійного фільтру.

Диссертация посвящена решению важной практической проблемы разработки эффективной технологии создания гравийных фильтров в тонкозернистых песках. Анализ приведенных данных показал, что улучшением качества гравийных обсыпок занималось много ученых. На сегодняшний день не существует надежной технологии создания гравийного фильтра с качественной гравийной обсыпкой. Технологии их создания имеют ряд существенных недостатков. Одним из серьезных недостатков является образование зияющих пустот в гравийной обсыпке, которое влечет неизбежное пескование скважины и может привести к выходу из строя оборудования и ее ликвидации. В этой связи, разработана технология оборудовании буровых скважин криогенно-гравийными фильтрами, для реализации которой необходимо выполнить следующие технологические операции: изготовить на дневной поверхности криогенно-гравийные элементы КГС фильтра блочной конструкции, провести сборку рабочей части КГФ, осуществить спуск КГФ к продуктивному горизонту и провести его посадку в водоприемную часть скважины. Разработанная технология защищена патентами Украины. Разработана блочная конструкция криогенно-гравийного фильтра, имеющая мировую новизну (Пат. иА №№18663, 36308, 87993). Предложено применение в качестве вяжущего вещества блочных гравийных фильтров органического полимера на водной основе. Органическим полимером выступает пищевой желатин марки П-11. Разработаны классификации технологий оборудования продуктивных горизонтов буровых скважин и вяжущих веществ блочных гравийных фильтров. Определены реологические свойства водного раствора желатина, как вяжущего вещества. Установлено, что использование в качестве вяжущего вещества водных растворов желатина возможно. Показано, что процесс смешения компонентов КГК фильтра необходимо производить при температуре водных растворов желатина не ниже 33°С, т.к. при понижении его температуры происходят необратимые процессы гелеобразования. В результате исследования физико-механических свойств КГК установлена динамика изменения прочностных характеристик в зависимости от среды его пребывания, плотности, влажности образцов и концентрации вяжущего. Показано, что наибольшую прочность имеют образцы КГК с 100% влажностью. При этом с увеличением массовой концентрации желатина в образцах КГК при их растеплении в водной среде происходит повышение прочностных характеристик образцов КГК в 1,5÷2,0 раза. А повышение температуры воды до 17°С приводит к их снижению на 20% в начальный период и на порядок после 30 мин выдержки. Определены физико-механические свойства,экспериментальных образцов КГЕ фильтра во времени и средах. Установлены максимальные длины КГС фильтра от массовой концентрации и температуры промывочной жидкости. В результате лабораторных исследований температурных полей в экспериментальном образце КГЕ фильтра установлено время заморозки КГЕ фильтра при его изготовлении и максимально допустимое время его транспортировки по стволу скважин при ее оборудовании КГФ. Составлены математические модели изменения температурных полей в КГЕ фильтра в виде дифференциальных уравнений, описывающие процессы тепломассопереноса при выполнении технологических операций по изготовлению и транспортировке КГФ по стволу скважины. Разработана программа для вычисления на ЭВМ параметров температурных полей в КГБ в зависимости от сред его нахождения. В результате аналитических исследований процессов теплопереноса в пористой крупнодисперсной среде криогенно-гравийного элемента фильтра установлены зависимости: изменения температуры КГБ в процессе его заморозки; изменения температуры КГБ в процессе сборки КГФ в воздушной среде; изменения температуры КГБ в процессе его транспортирования по стволу буровой скважины. В результате проведения стендовых исследований технологии транспортировки КГФ в водоприемную часть буровой скважины установлено, характер растепления экспериментальных образцов КГБ фильтра, максимальная глубина оборудования водоприемной части буровой скважины КГФ зависят от массовой концентрации минераловяжущего вещества. Все это дало возможность оборудовать на территории Днепропетровской и Запорожской областей пять гидрогеологических скважин глубиной от 50 до 100 м. В результате: испытанная технология оборудования водоприемной части гидрогеологической скважины криогенно-гравийными фильтрами позволяет сократить непроизводственные затраты времени в 2÷2,5 раз; экономический эффект от применения технологии оборудования водоприемной части одной гидрогеологической скважины криогенно-гравийным фильтром составил 6÷8 тыс. грн (в ценах 2011-2012 гг). Разработаны и внедрены в производство методические рекомендации по определению параметров технологии оборудования буровых скважин криогенно-гравийными фильтрами.

In dissertation work the scientific issue of the day of ground of technologies of making of cryogenically-gravel filter and equipment of water receiving part of well is decided by a cryogenically-gravel filter. Reasonable compounding of mineral binder and cryogenically-gravel composition, conformity to law of influence of the physical fields is set on the change of properties of mineral binder, cryogenically-gravel composition and filter member. Conformities to law of influence of technological operations are set on the equipment of water receiving part of well on the change of physicomechanical, thermophysical and technological properties of experimental cryogenically-gravel filter member. In theory it is reasonable experimentally, in stand and productive terms, the parameters of technology of delivery to water receiving part of well of cryogenically-gravel filter are exhaust.