Текущее состояние. Существует множество технологий для контроля пескопроявления в склонных к выносу песка скважинах, пробуренных либо в слабосцементированных, либо в несцементированных песчаниках. Технологии, применяемые для предотвращения пескопроявления, можно разделить на следующие группы: фильтры (проволочные, щелевые, премиумные и сетчатые), гравийные фильтры, химическое крепление призабойной зоны,  технологические способы (направленная перфорация, ограничение забойного давления) пескоструйной обработки. профилактика. Каждая конкретная технология в этих группах имеет свои конструктивные и конструктивные особенности. В данной работе изучалось возможное влияние формы проволоки в проволочном фильтре на параметры процесса пескопроявления: закупориваемость, размеры выносимых частиц, количество взвешенных частиц в фильтрате.

Решаемая научная проблема. Любые фильтры, применяемые для ограничения пескопроявления, обладают недостатками, заложенными в принципе их действия – избирательной фильтрации – закупориваемостью и способностью удерживать частицы лишь  определенного размера. 

В целом, оценка эффективности любого забойного фильтра должна проводиться по следующим параметрам:

1. Открытая зона притока (Open to Flow Area - OFA);

2. Снижение выноса песка за счет внедрения фильтра (оценка количества выносимых частиц – КВЧ);

3. Сохранение проницаемости фильтра (или системы «забойная зона – фильтр»);

4. Гранулометрический состав прошедших фильтр частиц.

Одним из параметров фильтра, который влияет на 3/4 перечисленных параметров, является геометрия щели (проволоки). Bennion ранее представил объяснение влияния геометрии щели для щелевых фильтров (Slotted Liners - SL), но в литературе, представленной в открытом доступе, авторам не удалось найти исследования, касающегося влияния геометрии щели (проволоки) на эффективность проволочных фильтров (Wire Wrapped Screen -WWS).

Существует большая разница в базисе конструкции щелевых и проволочных фильтров. В то время как щелевой фильтр должен самостоятельно выдерживать все напряжения и нагрузки, и при этом сохранять достаточно высокие производственные возможности, то в проволочном фильтре эту роль выполняет базовая труба (Насосно-компрессорная труба – НКТ), что создает много возможностей для изменения возможностей проволоки, которая на базовую трубу наматывается. Например, проволока может быть изготовлена из нержавеющей стали или любого другого сплава, способного обеспечить длительную работу в коррозионно-активных условиях. Это также помогает предотвратить закупорку либо побочными продуктами коррозии, либо мелкими частицами, которые прикрепляются к этим побочным продуктам.

Для преодоления базовых недостатков фильтра без принципиального изменения его конструкции возможно лишь изменить форму отверстий, через которые проходят частицы породы. Соответственно, целью исследования было установить – влияет ли форма щелей на эффективность фильтров, и если влияет, то необходимо оценить – каким образом? Профили проволоки представлены на Рисунке 1. Треугольный – базовый профиль, используемый в настоящее время во всех проволочных фильтрах.

Методы исследования. Для определения эффективности пескоудерживающей способности проволочных фильтров с различным (по форме) профилем проволоки была проведена серия фильтрационных экспериментов на насыпных моделях пласта-коллектора, которые представляют собой «искусственный керн», поскольку возможность использовать традиционный керн ограничена ввиду сложности его отбора при бурении слабосцементированных и несцементированных коллекторов, для которых характерна проблема пескопроявления. «Керн» изготавливался подобным пласту-коллектору по части гранулометрического состава и фильтрационно-емкостных свойств. Насыпные модели собирались из россыпи породы (песчаника), вынесенной с забоев добывающих скважин одного из месторождений в Западной Сибири. Влияние минералогического состава на способность фильтров удерживать песок не рассматривалось. При фильтрации модели нефти (в качестве которой выступало полиметилсилоксановое масло (ПМС) с вязкостью 5 мПа·с) последовательно отбирались пробы флюида с вынесенной породой. Далее порода фильтровалась через бумажные фильтры «Синяя лента», осадок взвешивался и оценивалась масса выносимых частиц. Частицы породы далее очищаются от масла, добавляются в жидкость, и поточным лазерным анализатором оценивался гранулометрический состав выносимых частиц.

Детали исследования. Исследовались проволочные фильтры с различным профилем проволоки, но одинаковой апертурой (проходным сечением) – в 150 и 200 микрометров. Гранулометрический состав насыпных моделей (дифференциальный – отдельно по каждой фракции, интегральный – общий гранулометрический состав модели), которые использовались в качестве «керна» представлен на рисунке 2.

В ходе экспериментов измерялись 3 основных параметра эффективности фильтров: количество взвешенных частиц в фильтрате (КВЧ); гранулометрический состав частиц, прошедших через фильтр; остаточная проницаемость фильтра. Результаты анализа данных по КВЧ и гран.составу частиц в фильтрате можно увидеть на рисунках 3 и 4.

Анализ гранулометрического состава представлен через D-параметры гранулометрического состава, где выражение вида «D10» означает, что 10% частиц имеют размер больше, чем указанный параметр.

Стоит отметить, что хотя апертура фильтра увеличилась на 50 микрон (что составляет 1/3 исходного значения апертуры в 150 микрон), результирующий диаметр вымываемых частиц увеличился в 2-3 раза для каплевидного и треугольного профилей проволоки. Однако, в значительной степени это относится к большей части D-параметра (D75-D90) частиц.

Проволока трапециевидного профиля показала выдающиеся характеристики как по содержанию взвешенных частиц (КВЧ) в фильтрате, так и по диаметру вымываемых частиц. Это может иметь решающее значение для скважин, работающих в периодическом режиме (например, 1 час работы и 1 час накопления), поскольку такой режим не обеспечивает подходящих условий для формирования устойчивых песчаных арок (или мостов). , которые естественным образом снижают вынос песка. Для скважин, работающих в стабильном режиме, вынос песка со временем стабилизируется при определенном содержании взвешенных частиц, что было установлено в предыдущих работах авторов.

Отметим, что увеличение апертуры фильтра на 50 мкм привело к увеличению КВЧ почти в 5 раз для трапециевидного фильтра, почти в 3 раза для фильтра с каплевидной формой проволоки и в 2,5 раза для фильтра со стандартным, треугольным профилем проволоки.

Далее рассмотрим остаточную проницаемость фильтров. Графики зависимости проницаемости фильтров от профильтровавшегося объема представлены на рисунках 5-6.

Поскольку насыпные модели имеют различную проницаемость, уместнее сравнивать фильтры с разными профилями проволоки по относительному изменению проницаемости, как это представлено на рисунке 6. Первая точка на графике (для отфильтрованного объема 0) представляет собой момент, когда давление достигло необходимого значения (для каждой насыпной модели оно было разным, в пределах от ~345000 паскалей (50 psi) до ~518000 паскалей (75 psi)). Таким образом, профильтровавшийся объем 0, на самом деле не равен 0.

Заключение. Разработка механических фильтров для борьбы с пескопроявлением привела к новой области исследований в их конструкции и проектировании. Основным аспектом фильтров этого типа является геометрия щели. Наиболее изученными, к настоящему моменту, являются щелевые фильтры, однако, они не всегда применимы. В данной статье изучается влияние профиля проволоки на возможности удержания песка и другие параметры проволочных фильтров во время испытаний в форме Prepack Sand Retention test. 

Трапециевидный профиль показывает лучшие результаты по сравнению с другими фильтрами в обеих апертурных группах (150 и 200 мкм). По сравнению с другими фильтрами, количество взвешенных частиц в фильтрате является наименьшим, как и размер выносимых сквозь него частиц. Фильтр с трапециевидным профилем проволоки с размером отверстий 150 мкм имеет в 2,5 раза меньшее содержание взвешенных частиц, чем фильтр с каплевидным профилем, и почти в 4 раза меньше взвешенных частиц, чем «стандартный» проволочный фильтр с треугольным профилем проволоки.

Сохраненная проницаемость системы «модель керна - фильтр» для фильтра с трапециевидным профилем проволоки (в обеих апертурных группах) составила примерно 80% от исходной. И это лишь немногим меньше лучших результатов «обычного» фильтра с треугольным (клиновидным) профилем сетки, у которого она составляет примерно 85%.