О некоторых особенностях механической импульсной обработки фильтров и прифильтровых зон технологических скважин подземного выщелачивания урана

Производительность технологических скважин определяется состоянием фильтров и прифильтровых зон. Для поддержания их эксплуатационных свойств на уровне проектных значений необходимо производить их обработку, используя в том числе механические методы.

Пневмоимпульсная обработка

Метод пневмоимпульсной обработки основан на генерации упругих воздушных колебаний, возникающих при циклическом выбросе из пневмогенератора порций сжатого воздуха под высоким давлением. Возникающие при этом пульсации воздуха создают разнонаправленные гидродинамические колебания пластовой жидкости, разрушающие кольматант в фильтре и прифильтровой зоне (ПФЗ). График пульсации воздушного пузыря представлен на рисунке 1.

Метод пневмоимпульсной обработки водозаборных скважин был разработан во ВНИИвзрыв-геофизика под руководством Э.М. Вольницкой [1][2]. Достоинством этого метода является то, что в скважину не привносятся никакие инородные вещества и элементы. При этом существует возможность регулирования параметров обработки прифильтровых зон в зависимости от прочности применяемого типа фильтра, а также дает возможность селективной поинтервальной обработки фильтра с помощью мобильных установок, смонтированных на шасси автомобилей высокой проходимости или прицепе. На практике для обработки скважин на воду разработана установка АСП-Т, для обработки технологических скважин — установка АСП-ПВ. Технические характеристики установки АСП-ПВ приведены в таблице 1.

Метод пневмоимпульсной обработки фильтров и прифильтровых зон может быть реализован на комбинированной установке «Гидропульс», производителем которой является фирма «TLM hydropuls GmbH» (Германия) [3][5]. Общий вид установки показан на рисунке 2.

Технические характеристики установки «Гидропульс» приведены в таблице 2.

Пневмоимпульсный генератор типа G-IIID50P позволяет выполнить обработку ПФЗ и последующую эрлифтную прокачку скважины. Генератор обладает следующими основными техническими характеристиками: длина — 570 мм; диаметр — 60 мм; вес — 4,1 кг, рабочее давление — 1—10 МПа, запуск генератора — автоматический; интервал импульсов — регулируемый; энергия импульса — около 12,5 кДж (соответствует взрыву 3—4 г тринитротолуола); глубина воздействия взрыва в породе — около 12 м.

Оборудование установки «Гидропульс» смонтировано в обогреваемом контейнере, состоящим из двух отсеков:

• в лебедочно-компрессорном отсеке смонтированы: компрессор высокого давления «Mariner 320» (производительность 320 дм³/мин, давление до 30,0 МПа); комплект из 4-х баллонов сжатого воздуха объемом 80 дм³ каждый, рассчитанных на максимальное давление 30,0 МПа; лебедка с электроприводом и размещенным на ней двухканальным шлангом высокого давления типа ТГ (2ГК×15×5) с насадками; также элементы обвязки пневмооборудования и привода лебедки; на стенке контейнера закреплена направляющая дуга с роликами для спуска применяемого инструмента в скважину;
• в операторском отсеке находятся приборы контроля параметров работы оборудования и регулирования режимов обработки фильтров.

Электрогенератор мощностью 25 кВт размещен в обогреваемом контейнере.

Все оборудование установлено на платформе автомобиля повышенной проходимости КАМАЗ-43118. Как вариант, в дополнение к контейнерам с оборудованием на платформе может быть смонтирован мембранный насос высокого давления для выполнения работ по промывке фильтров или принудительной подачи растворов при проведении химических обработок прифильтровых зон. Глубина спуска приборов контролируется механическим счетчиком, монтируемым на оголовнике скважин.

Установка «Гидропульс» позволяет выполнять обработку строго запрограммированного интервала фильтра. Для этого пультом управления при спуске скважинного прибора задается верхняя и нижняя граница фильтра, после этого работа пневмоимпульсного генератора производится в автоматическом режиме только в заданном интервале.

Опыт применения пневмоимпульсных обработок ПФЗ при выполнении ремонтно-восстановительных работ показал, что такой вид ремонтно-восстановительных работ (РВР) весьма эффективен для разрушения химических отложений на стенках фильтра. Последующее удаление разрушенных частиц кольматанта производится эрлифтной прокачкой. При этом установка «Гидропульс» более универсальна, поскольку в состав ее оборудования входит компрессорная станция высокого давления, что позволяет за один спуск пневмоснаряда сразу выполнить и эрлифтную прокачку скважины. При использовании же установки АСП-ПВ приходится привлекать к выполнению работ дополнительный компрессор. Эффективность работы установки «Гидропульс» при пневмоимпульсной обработке ПФЗ по удалению химических отложений со стенок полимерных щелевых фильтров, изготовленных из труб НПВХ, показана на рисунке 3.

В результате выполнения ремонтных работ на технологических скважинах установлено, что метод пневмоимпульсной обработки фильтров эффективен только для разрушения химических отложений на внутренней поверхности фильтра с последующим удалением разрушенного материала эрлифтной прокачкой. Основной недостаток метода заключается в том, что давление импульса, действующего в направлении от фильтра в водоносный горизонт, превышает давление импульса, действующего в направлении от водоносного горизонта в фильтр. Это ситуация приводит к перемещению мелких фракций песков, слагающих продуктивный горизонт, и кольматанта в сам горизонт. При этом временно увеличивается проницаемость пород прифильтровой зоны, которая снижается по мере возврата оттесненных из ПФЗ фракций к каркасу фильтра. Поэтому метод дает кратковременный эффект, и его применение не обеспечивает длительного межремонтного цикла (МРЦ) скважин по поддержанию их производительности по дебиту или приемистости, что подтверждается результатами испытаний данного метода в водозаборных скважинах, эксплуатирующих водоносные горизонты, представленные песками [4]. Такие испытания проводились в АО «Центргеология» на одном из подмосковных водозаборов в конце 1970-х годов (использовалась установка АСП-Т).

Вибрационная обработка

Вибрационная обработка ПФЗ заключается в генерировании разрушающих импульсов давления скважинной жидкости в отдельных интервалах фильтра. График изменения гидроимпульсов, создаваемых в прифильтровой зоне технологических скважин при работе гидровибратора УРК (устройство разрушения кольматанта), приведен на рисунке 4.

Как видно из графика, вибрационные колебания пластовой жидкости в ПФЗ сопровождаются одинаковыми по величине гидроударами как в направлении от фильтра в водоносный горизонт, так и в направлении от водоносного горизонта в фильтр. Это приводит к тому, что в результате импульсного воздействия частицы кольматанта в порах песков продуктивного горизонта истираются, уменьшаясь, до размеров частиц, легко удаляемых из скважины эрлифтной прокачкой.

Для генерирования импульсов применяются гидроударные вибраторы с размещенными на подвижном штоке дисками. Гидровибратор УРК, разработанный в МГРИ, спускают в зону фильтра на бурильных трубах или шланге высокого давления типа ШАПП-50, по которому к рабочему органу подается рабочий агент (техническая вода или растворы реагентов). Технические характеристики гидровибратора УРК приведены в таблице 3.

С использованием гидровибратора УРК может производиться реагентно-импульсное воздействие на породы прифильтровой зоны. Для этого в качестве рабочего агента применяется раствор химреагентов, ускоряющий разрушение кольматанта в прифильтровой зоне и фильтре. Сочетание импульсных и реагентных методов позволяет достичь высокой эффективности работ по поддержанию на проектном уровне и повышению производительности технологических скважин скважинного подземного выщелачивания (СПВ). Сочетание разрушения кольматанта химическими методами с интенсивным гидродинамическим воздействием в прифильтровой зоне позволяет высокоэффективно разрушать и извлекать из скважины кольматирующие образования.

На рисунке 5 приведены графики эффективности применения УРК и пневмоимпульсной обработки ПФЗ технологических скважин.

Как следует из приведенного графика, интенсивность снижения дебита обработанных гидровибратором скважин в десятки раз ниже, чем у скважин, обработанных пневмоимпульсом. Расчеты показали, что объем извлеченных из недр продуктивных растворов за 35 суток по скв. 12-2-13, обработанной гидровибратором, составил 3573,5 м³, а по скважинам, обработанным пневмоимпульсом, объемы извлеченных растворов составили: скв. 12-2-15 — 1868 м³, скв. 12-2-4а — 782,4 м³. Таким образом, при практически одинаковых затратах на обработку ПФЗ и фильтра объем добычи урана при гидровибрационной обработке превышает объем добычи по сравнению с пневмоимпульсной обработкой в 2—4 раза за указанный выше период проведения наблюдений.

Применение гидровибратора позволило повысить эффективность ремонтов, сократить время освоения скважин в 3—4 раза, уменьшить количество РВР за весь период эксплуатации технологической скважины в десятки раз. А, в свою очередь, использование его в качестве насадки к машине освоения скважин МОС-300 или МОС-600 конструкции АО «ВНИПИпромтехнологии» позволяет производить импульсную обработку одновременно с промывкой скважины водой или пеной без извлечения шланга из скважин.

Пневмосвабирование

Данный метод обработки ПФЗ является самым простым и достаточно эффективным. Суть метода заключается в размещении на устье эксплуатационной колонны (ЭК) специального герметичного оголовника, через который в течение 1—2 минут в колонну постепенно нагнетается сжатый воздух. При этом скважинная жидкость медленно оттесняется от фильтра в водоносный горизонт. Затем производится резкий сброс давления в ЭК, и пластовая жидкость с большой скоростью перемещается из водоносного горизонта в фильтр, очищая его и ПФЗ от кольматанта. Количество таких циклов может составлять от 5 до 20 в зависимости от степени кольматации ПФЗ. Общий вид оголовника из труб ПНД приведен на рисунке 6.

Цикличность работы такого устройства показана на графике на рисунке 7.

Из графика, показанного на рисунке 7, следует, что при подаче сжатого воздуха в колонну в течение промежутка времени t₁ происходит повышение внутриколонного давления Р. Причем промежуток времени t₁ на несколько порядков больше промежутка времени сброса давления t₂ и промежутка времени t₃ восстановления пластового давления Р до величины Р_пл.. При этом создаются условия для движения пластовой жидкости в водоносный горизонт с минимальной скоростью, которая регулируется подачей сжатого воздуха в колонну. Сброс внутриколонного давления приводит к высокой скорости течения жидкости из водоносного горизонта в фильтр, что обеспечивает высокую интенсивность выноса кольматанта из ПФЗ в фильтр. Метод позволяет после обработки фильтра увеличить дебит скважины в 1,5—2 раза по сравнению с его начальным (до обработки) значением. Метод прост в применении и безопасен в обслуживании. Самое важное правильно выбрать технологический регламент его применения.

Выводы

1. Правильный выбор вида механической импульсной обработки является гарантией получения высокого экономического эффекта по каждой скважине с учетом типа кольматации фильтра и прифильтровой зоны.
2. При равных начальных условиях применение гидровибратора УРК для разрушения кольматанта позволяет в 2—4 раза повысить объем добычи полезного продукта.
3. Проведение механической импульсной обработки фильтров и ПФЗ с помощью гидровибратора позволяет сократить в десятки раз число РВР, необходимых для поддержания проектного значения производительности технологических скважин.

ВКЛАД АВТОРОВ / AUTHOR CONTRIBUTIONS

Иванов А.Г. — разработал концепцию статьи, подготовил текст статьи, окончательно утвердил публикуемую версию статьи и согласен принять на себя ответственность за все аспекты работы.

Арсентьев Ю.А. — согласовывал результаты аналитических исследований с процессами сооружения, эксплуатации и ремонта технологических скважин на производственных объектах, принимал участие в разработке концепции статьи, согласен принять на себя ответственность за все аспекты работы.

Alexander G. Ivanov — developed the concept of the article, prepared the text of the article, finally approved the published version of the article and agrees to take responsibility for all aspects of the work.

Yuri A. Arsentiev — coordinated the results of analytical studies with the processes of construction, operation and repair of technological wells at production facilities, took part in the development of the concept of the article, agrees to take responsibility for all aspects of the work.

Орехов Д.Д. — отвечал за качество перевода на английский язык текста статьи, согласен принять на себя ответственность за все аспекты работы.

Гаврилов Р.И. — отвечал за графическое оформление статьи, построение графиков и расчетной схемы, согласен принять на себя ответственность за все аспекты работы.

Danila D. Orekhov — was responsible for the quality of the translation into English of the text of the article, agrees to take responsibility for all aspects of the work.

Ruslan I. Gavrilov — was responsible for the graphic design of the article, construction of graphs and calculation diagrams, agrees to take responsibility for all aspects of the work.