Горюче-окислительные составы для обработки нефтяных скважин Методические указания

На третьем этапе осуществляется только колебательное воздействие столба скважинной жидкости, очищающее поровое пространство призабойной зоны пласта.

Таким образом, формируется комплексное механическое, тепловое и физико-химическое воздействие на интервал обработки. [11].

Механическое воздействие импульсом давления способствует формированию в призабойной зоне скважины несколько трещин и разрушению водонефтяных барьеров. Также под воздействием протекающих низкочастотных колебаний столба жидкости (амплитуда колебаний давления достигает 5 - 10 МПа) происходит очистка призабойной зоны от песчано-глинистых частиц.

Схематично технологический процесс выполнения газодинамического разрыва пласта с применением ГОС представлен на рисунке 1.

Рис. 1. Технологический процесс производства ГДРП с использованием ГОС

11

ГДРП с применением ГОС наиболее применимы на скважинах, расположенных на месторождениях с высокими пластовыми давлениями с ухудшившими фильтрационными характеристиками призабойной зоны скважины по отношению к средним показателям фильтрации по пласту. Метод эффективен также по отношению к малодебитным пластам с низкопроницаемыми коллекторами. Закачка ГОС в пласт осуществляется штатным насосным оборудованием. При этом подготовка состава может быть осуществлена с помощью стандартного технологического оборудования непосредственно на месте применения.

Очень важен подбор скважин для ГДРП, которые должны удовлетворять ряду условий и требований:

-обсадная колонна должна иметь целую, без повреждений обсадную колонну на длине 200-250 м по направлению к устью и забою от интервала обработки, в этом интервале также не должно быть участков с поврежденным цементным камнем или вообще не зацементированных участков;

-цементный камень должен плотно прилегать к обсадной колонне и породе пласта, имея прочное сцепление с ними;

-зона водонефтяного контакта не должны располагаться ближе 10-12 м по отношению к продуктивному пласту;

-скважина должна быть проперфорирована с плотностью не менее 20 отверстий на метр;

-минимально допустимая глубина скважины не менее 1200 м

[12].

Лабораторная работа №1 Методика приготовления горюче-окислительного состава

и определение его реологических характеристик

Цель работы: освоить методику приготовления ГОС. Определить плотность и динамическую вязкость.

Оборудование, приборы, приспособления и материалы:

вещества (аммиачная селитра марки Б, бихромат калия, нитрат натрия, полиакриламид, этиленгликоль), сушильный шкаф, весы ВЛКТ-500-М, микрометр, ступка, деревянная лопаточка, вискозиметр Гепплера со «скользящим» шариком.

Порядок проведения работы:

1. Изучить инструкции и ознакомиться с порядком работы на

12

оборудовании и приборах (в лаборатории кафедры ТТХВ инструкции

№1584, № 1585).

2.Изучить свойства компонентов, входящих в состав ГОС.

3.Приготовить ГОС.

Технология приготовления состава в лабораторных условиях заключается в смешение компонентов и включает следующие операции:

-подготовка компонентов (сушка, взятие навесок);

-перемешивание до полного растворения компонентов.

Для приготовления состава используется измельченная (с размером частиц не более 0,6 мм) аммиачная селитра, дистилированная вода, полиакриламид, бихромат калия, этиленгликоль.

Основной компонент аммиачная селитра марки Б предварительно подвергается сушке до влажности не более 2 % при температуре 70-80ºС. Бихромат калия, также как и аммиачная селитра, подвергается сушке. Компоненты взвешиваются каждый в отдельности на весах ВЛКТ-500-М согласно рецептуре состава, которая задается преподавателем.

Приготовление состава происходит в две стадии. Сначала готовится водный раствор полиакриламида. В необходимом количестве воды растворяют необходимое количество ПАА в соответствии с содержанием его в составе. Растворение осуществляют путем непрерывного перемешивания, при помощи деревянной лопаточки до однородного состояния.

Вполученный водный гель добавляется этиленгликоль, и вновь производится перемешивание деревянной лопаточкой до получения однородного раствора, который не должен иметь видимого расслоения.

По заданию преподавателя приготовить один из типов ГОС:

Состав, содержащий аммиачную селитру (состав №1).

Вприготовленный водный гель с этиленгликолем добавляют необходимое количество аммиачной селитры. Аммиачную селитру вводят небольшими порциями по 10 % от всей её массы содержащейся

всоставе, каждую тщательно перемешивают деревянной лопаточкой. После чего в состав вводят бихромата калия. Готовый состав продолжают перемешивать 15 – 20 минут, для его гомогенизации.

13

Состав, содержащий нитрат натрия и аммиачную селитру

(состав №2).

В приготовленный водный гель с этиленгликолем добавляют необходимое количество нитрата натрия и перемешивают деревянной лопаточкой до полного растворени, порошок нитрата натрия должен равномерно распределиться по всему раствору геля, так как его добавляют для увеличения растворимости аммиачной селитры.

Затем небольшими порциями, по 10 % от всей её массы содержащейся в составе, вводят необходимое количество аммиачной селитры, перемешивают деревянной лопаточкой. После чего в состав вводят бихромата калия. Готовый состав продолжают перемешивать деревянной лопаточкой 15 – 20 минут, для гомогенизации состава.

4. Определить плотность состава и рассчитать ее теоретическое значение.

Плотность состава определяют методом измерения объема и массы. Для этого на весах сначала определяют массу пустого мерного цилиндра, затем массу цилиндра с составом. Далее производится расчет плотности по формуле:

где ρ – плотность состава, г/ см3; m – масса цилиндра с составом, г;

m0 - масса пустого мерного цилиндра, г;

V – объем который занимает состав в мерном цилиндре, см3. Определяют значение плотностей и находят среднее значение. 5. Определить динамическую вязкость состава.

Вязкость (внутреннее трение) – физическая величина характеризующее свойство жидкостей и газов оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Измерение вязкости ГОС имеет важное практическое значение, поскольку вязкость определяет возможность доставки состава с устья скважины в интервал обработки с помощью стандартного геофизического оборудования (желонки и насоса).

Для измерения вязкости жидкости используют специальные приборы – вискозиметры (от позднелатинского viscosus — вязкий и метр), основанные на связи вязкости с измеряемыми физическими величинами, описывающими различные физические процессы: движение жидкости в капиллярах, передача жидкостью вращательно момента от одной поверхности к другой, падения шарика вязкости, распространения ультразвуковых колебаний.

14

В данной лабораторной работе для определения динамической вязкости состава используется вискозиметр Гепплера со «скользящим» шариком (рис. 2).

Рис. 2. Вискозиметр Гепплера со «скользящим» шариком 1 — шарик; 2 — трубка с жидкостью; 3, 4, 5 — кольцевые

метки на трубке; 6 — термостатирующая жидкостная баня; 7 — термометр; 8 — штуцер для присоединения прибора к термостату; 9 — уровень

Он представляет собой сосуд с калиброванной сточной трубкой; вязкость оценивается по времени истечения определённого объёма жидкости. Пределы измерений от 0,6 … 80000 спз и свыше с относительной погрешностью ±1—3%.

Действие вискозиметров с движущимся в исследуемой среде шариком основано на законе Стокса:

Где r - радиус шарика, м; v - скорость его движения, м/с; η - динамическая вязкость жидкости (Н·с)/м2.

15

На шарик, движущийся в жидкости, действуют три силы: сила сопротивления FC; выталкивающая сила (сила Архимеда) FA; сила тяжести P = mg.

где ρш – плотность материала шарика, кг/м3; ρж – плотность материала жидкости, кг/м3; g – ускорение свободного падения, 9,8 м/с2.

Сила тяжести и выталкивающая сила постоянны по модулю, не меняются, а сила сопротивления среды изменяется: она зависит от скорости движения тела: чем больше скорость, тем больше сила сопротивления среды.

Шарик бросается в цилиндр с вязкой жидкостью с некоторой высоты h. От точки бросания до поверхности жидкости шарик движется под действием силы тяжести с ускорением, равным g (сопротивление воздуха не учитывается). При попадании в жидкость скорость шарика оказывается большой и, следовательно, сила сопротивления среды также имеет большое значение. Под действием этой силы сопротивления среды скорость шарика уменьшается и наступает момент, когда скорость шарика становится постоянной, то есть равнодействующая всех трех сил становится равной нулю. При равномерном движении шарика сумма сил FA и FC , направленная вверх, по модулю равна силе Р, направленной вниз:

Для проведения эксперимента подготовить сосуд. На весах измерить массу шарика и микрометром диаметр шарика. Бросив шарик в ГОС с высоты 10 – 20 мм, измерить секундомером время его движения между отметками на сосуде,- занести результаты в табл. 1.

16

Содержание отчета:

1.Название и цель лабораторной работы.

2.Теоретические сведения по теме лабораторной работы.

3.Результаты экспериментальных испытаний.

4.Расчет и обработка результатов испытаний.

5.Анализ и обсуждение полученных результатов.

6.Выводы по работе.

Лабораторная работа №2 Определение воспламеняемости и характеристик горения горюче-

окислительного состава в стендовых условиях

Цель работы: оценка работоспособности предложенного ГОС по характеристикам горения, в частности изучения его воспламеняемости, скорости горения и зависимость скорости горения от давления.

Оборудование, приборы, приспособления и материалы: состав ГОС, стендовая установка постоянного объема, цилиндрический корпус, термоисточник ТИМ.

Порядок проведения работы:

1. Изучить теоретические сведения о воспламеняемости и характеристик горения ГОС.

2.Изучить инструкции и ознакомиться с порядком работы на оборудование, приборах (в лаборатории кафедры ТТХВ инструкции № 1584, № 1585).

3.Изучить свойства компонентов, входящих в состав ГОС.

4.Приготовить состав (по заданию преподавателя).

17

5. Изготовить опытные образцы для определения воспламеняемости и характеристик горения ГОС в стендовых условиях. Залить приготовленный состав в цилиндрический корпус из легкого материала с размерами: высота 140 мм, внутренний диаметр 60 мм, толщина стенки 1 мм. Затем на поверхность ГОС установить и закрепить воспламенитель (рис 3).

Рис. 3. Опытный образец для определения характеристик горения ГОС 1 – корпус; 2 – ГОС; 3 – крышка-втулка; 4 – узел воспламенения;

5 – переходник

После окончания желатинообразования ГОС, т. е. перехода его из жидкого состояния в твердое эластичное состояние, к корпусу закрепить переходник, который служит для присоединения к кабельной головке при выполнении спуска устройства в стендовую установку.

6. Провести испытания на стендовой установке (рис.4) с целью определения скорости горения.

Определение характеристик горения состава производится на стендовой установке постоянного объема (рис. 4), состоящего из толстостенного цилиндрического сосуда внутренним диаметром 100 мм и высотой 1600 мм с полным объёмом камеры 12,3 литра для размещения и сжигания образков в жидкой среде. На боковой поверхности сосуда имеется отверстие для пьезоэлектрического датчика давления марки PCB. Электрическая цепь датчика давления соединена через усилитель электрических сигналов АЦП марки L-783. Для регистрации изменения давления во времени в процессе горения испытуемого состава ЭВМ и программный комплекс L-graph.

18

на массу, причем для воспламенения ГОС устанавливалось дополнительное сопротивление с целью инициирования ГОС, когда в сосуде создано избыточное давление.

Сосуд герметизируется пробкой и крышкой. С пульта управления, расположенного вне кабины, на узел воспламенения предварительного заряда подается электрический импульс, с напряжением в 8 В, от которого срабатывает образец для создания предварительного начального давления. Затем подается электрический импульс с напряжением в 36 В на узел воспламенителя ГОС, от которого осуществляется воспламенение и последующее сгорание состава. В процессе горения на ЭВМ регистрируется изменение давления во времени, по которой производится оценка времени и средней скорости горения состава.

Кривая Р(τ) (рис. 5) имеет ступенчатый характер, где первый подъем соответствует горению слоев состава для создания предварительного начального давления, второй подъем соответствует процессу горения ГОС. Зная время горения каждого состава и высоту можно рассчитать значение средней скорости горения в том или ином

Рис. 5. Зависимость давления от времени горения

Для этого на кривой Р(τ) выделяются точки начала и конца горения состава. Время горения определяется проведением перпендикуляра с этих точек на ось абсцисс с отметками времени.

20