Повышение продуктивности и реанимация скважин

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 3.1.5. Схема автоматизации сбора информации при проведении исследований на лабораторной установке:

1 – вибродатчик ДН-4; 2 – измеритель шума и вибрации ВШВ-003; 3 – пьезоэлектрические датчики; 4 – вольтметр ВЗ-56; 5 – тензодатчик давления; 6 – усилитель селективный У2-8; 7 – дифманометр тензометрический "Сапфир-22Д"; 8 – система тензометрическая СИИТ-3; 9 – блок питания 22БП-36; 10 – самописец КСУ-2; 11 – мерник ультразвуковой; 12 – информационно-измерительная

система К200; 13 – принтер ЭЦМ-23

ренняя полость пьезоэлемента заполняется твердеющим материалом, например эпоксидной смолой или сплавом Вуда.

Градуировка одного из таких зондов-датчиков была произведена в Институте метрологии (ВНИИМ) им. Д.И. Менделеева (г. Санкт-Петербург). Его чувствительность составила 17,4 мкВ/Па при линейности характеристики в широком диапазоне низких частот. В дальнейшем новые датчики градуировались методом сравнения по чувствительности с эталонным.

Микродатчики устанавливаются на входе в пористую среду, внутри нее, на выходе из нее и в фундаментепоглотителе, а затем подключаются к измерительным приборам ВЗ-56 и У2-8. Виброскорость измеряется акселерометром ДН-4, подключенным к измерительному прибору ВШВ-003.

Гидродинамическими измеряемыми параметрами являются давление на входе в пористую среду и выходе из нее, перепад давления в пористой среде. Перепады давления замеряются дифференциальным манометром типа "Сапфир-22Д". Кроме

49

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

того, перепад давления оценивается специально разработанным датчиком, построенным на основе тензодатчиков давления с жесткой мембраной, который позволяет осуществлять исследования при повышенных перепадах давления и имеет существенно меньшую инерционность реагирования на изменение перепада давления по сравнению с дифманометром "Сапфир-22Д" с гофрированной мембраной. Параметры давления контролируются тензодатчиками Д16, подключенными к измерительной тензометрической системе СИИТ-3.

Для подсветки пористой среды при визуальном наблюдении и фотографировании исследуемых фильтрационных процессов используется осветитель типа ОВС-1 с двумя гибкими волоконными световодами, позволяющими просвечивать пластинчатые модели пористой среды значительной толщины.

Вся информация с вышеописанных приборов обрабатывается системой К200 и через установленные промежутки времени выводится в память компьютера или на принтер.

Однофазная фильтрация

На лабораторной установке с пластинчатой моделью пласта воспроизводили однофазную фильтрацию различных жидкостей, а также фильтрацию фазы одной жидкости в пористой среде с малым содержанием защемленной остаточной фазы другой жидкости.

В качестве флюидов использовали дистиллированную воду и модели нефти из чистого керосина, из смесей керосина с вазелиновым маслом или нефтью Югомашевского месторождения АНК "Башнефть". Керосин очищали фильтрацией через силикагель и активированный сульфоуголь.

Насыщение пористой среды остаточной малой фазой осуществлялось вытеснением одной фазы другой из модели пласта в течение длительного времени до полного прекращения появления вытесняемой фазы на выходе из пористой среды.

Моделировали фильтрацию жидкостей при постоянном расходе в условиях отсутствия вибрации и при наложении поля упругих колебаний с различными амплитудно-частотными характеристиками. Частота упругих колебаний изменялась в

диапазоне 50–104 Гц, интенсивность колебательного поля – от 1 до 500 Вт/м2.

Через пористую среду задавали постоянный расход фильтруемой жидкости. После установления постоянного перепада давления по длине модели включали воздействие упругими колебаниями различной частоты и интенсивности. Изменения

50

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

характера фильтрационного процесса при этом отслеживались по показателям опытов – по перепаду давления на модели пласта, а также по появлению следов малой фазы на выходе из модели.

Результаты исследований показали, что наложение упругих колебаний используемого диапазона изменения их амплитуд- но-частотных характеристик не оказывает влияния на фильтрацию воды или моделей нефти по пористой среде при отсутствии в ней следов противоположной остаточной фазы. Об этом свидетельствует постоянство перепада давления в течение продолжительного времени всех режимных наблюдений фильтрации.

При наличии в пористой среде остаточной защемленной фазы включение упругих колебаний вызывало заметные изменения наблюдаемых показателей опытов, что свидетельствует о происходивших изменениях характера фильтрационного процесса.

На рис. 3.1.6 показаны изменения перепада давления ∆р, возникающие под действием упругих колебаний при фильтрации объемов воды V/Vпор в пористой среде с остаточной нефтенасыщенностью.

Пористую среду насыщали нефтью вязкостью 4,2 мПа с, после чего производилось вытеснение нефти водой до полного прекращения регистрации следов нефти на выходе из модели пласта и стабилизации перепада давления между входом и выходом модели. Включали поле упругих колебаний, при этом энергетический уровень воздействия, характеризующийся соотношением его параметров – колебательно-

го ускорения &ξ& и смещения ξ , по мере фильтрации опреде-

ленных объемов жидкости ступенчато изменялся. Полученные результаты оказались несколько неожиданны-

ми. Анализ изменения перепада давления показал, что характер фильтрации зависит от уровня производимого колебательного воздействия, но степень его изменения определяется не столько интенсивностью колебательного поля, сколько соотношением его колебательных параметров ускоре-

51

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 3.1.6. График изменений перепада давления в модели пласта, возникающих под действием упругих колебаний при фильтрации воды в пористой среде с остаточнойнефтенасыщенностью. Уровни колебательного воздей-

ствия:

ния &ξ& исмещения ξ . Причем попроявлениюфильтрационных

эффектов вибрации определяются пороговые значения данных параметров. Последовательное наложение упругих колебаний первых двух уровней не вызывало заметных изменений перепада давления в ходе фильтрации воды. Упругие

колебания с параметрами &ξ& = 1,3 м/с2, ξ = 0,48 мкм приво-

дили к заметному увеличению перепада давления. При этом на выходе из модели начинали наблюдаться следы нефти в воде. Очевидно, колебательное воздействие с данными параметрами изменяет подвижность защемленной в пористой среде остаточной нефти, нефть вовлекается в фильтрацию, что вызывает

изменений фильтрации. Дальнейшее повышение значений параметров

52

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

&ξ& и ξ (см. рис. 3.1.6, четвертый участок фильтрации) вызы-

вало добавочное увеличение и перепада давления, и вытеснения нефти в ходе фильтрации воды. Затем, по мере выхода остаточной нефти из модели пласта, перепад давления уменьшался и постепенно стабилизировался при значении ниже первоначального значения, соответствующего фильтрации воды до включения вибрации.

Полученные результаты дают основание полагать, что воздействие на фильтрационные процессы проявляется по достижении определенных значений параметров поля – коле-

бательного ускорения &ξ& и колебательного смещения ξ . Целе-

сообразно выражать эти параметры относительно значения ускорения свободного падения g и характерного диаметра поровых каналов среды d.

Изменения характера однофазного фильтрационного процесса при наличии в пористой среде остаточной защемленной фазы наблюдались при наложении колебательного поля с

параметрами &ξ& ≥ 0,5g и ξ ≥ 0,1d .

Процессы фазового вытеснения жидкостей

При проведении исследований с использованием пластинчатой модели пласта в процессах фильтрации воспроизводилось фазовое вытеснение различных жидкостей. В качестве флюидов использовали дистиллированную воду, трапную нефть ЮжноВведеновского месторождения АНК "Башнефть" вязкостью 8,3 мПа с и модель нефти из смеси керосина с вазелиновым маслом вязкостью 2,8 мПа с.

Пластинчатая модель среды пласта позволяла осуществлять визуальное наблюдение процессов вытеснения фаз и сопоставлять наблюдаемые эффекты с перепадом давления на модели.

В опытах использовали однородные и неоднородные модели, на которых проводили вытеснение нефти и ее моделей водой, а также воды – нефтью, воды – моделью нефти. В ходе фильтрации из полностью насыщенной пористой среды осуществлялось вытеснение противоположной фазой. Визуально наблюдали формирование фронтов вытеснения размытой структуры. По достижении движущейся структуры фронта среднего участка модели включали излучатель упругих колебаний.

На рис. 3.1.7 показаны кривые изменения перепада давления при вытеснении модели нефти из однородной пористой среды водой, полученные в ходе опытов без вибрации (кривая

53

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 3.1.7. Динамика перепада давления при вытеснении модели нефти водой из однородной пористой среды. Параметры пористо-пластинчатой модели: средний диаметр пор d = 6 мкм; проницаемость k = 0,11 мкм2;

пористость m = 23,6 %:

1 – без воздействия упругими колебаниями; 2 – f = 350 Гц, J = 1,5 Вт/м2, &ξ& = = 3 м/с2,

ξ = 0,6 мкм; 3 – f = 450 Гц, J = 18 Вт/м2, &ξ& = 13,6 м/с2, ξ = 1,7 мкм

1) и с наложением упругих колебаний различных уровней (кривые 2 и 3).

В начальные моменты времени процесса вытеснения (кривая 1) рост перепада давления незначителен. Этим моментам процесса фильтрации соответствует наблюдаемое на прозрачной модели движение фронта вытеснения неразрушенной структуры. По мере продвижения фронта вытеснения и разрушения его структуры перепад давления на модели резко возрастает. По мере вытеснения основного объема нефти перепад давления уменьшается и по завершении вытеснения стабилизируется при значении, соответствующем фильтрации воды по пористой среде с большим содержанием защемленной недовытесненной нефти.

Наложение упругих колебаний первого уровня ( &ξ& =

= 3 м/с2, ξ = 0,6 мкм) в момент времени развития фронта вытеснения разрушенной структуры (кривая 2) приводит к замедлению роста перепада давления. При визуальном наблюдении в это время отмечается "упрощение" структуры фронта вытеснения – выравнивание границ контакта воды и нефти в

54

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

пористой среде. После завершения процесса выравнивания фронта вытеснения до состояния, близкого к "поршневому", перепад давления вновь возрастает, а по завершении вытеснения падает до стабильного значения, которое соответствует вытеснению существенного объема добавочной нефти из пористой среды.

Воздействие на процесс вытеснения упругими колебаниямивторого уровня (&ξ& = 13,6 м/с2, ξ = 1,7 мкм) вызывает еще

более выраженное развитие уже описанных явлений в ходе фильтрации (кривая 3).

На рис. 3.1.8 показана наблюдаемая эволюция фронта вытеснения нефти водой до и после наложения поля упругих колебаний.

Аналогичные явления наблюдаются и при вытеснении воды моделью нефти.

При наблюдении процесса вытеснения фаз на участках неоднородности по проницаемости обнаруживается ряд новых явлений. На рис. 3.1.9 представлены кадры фотосъемки процесса эволюции фазовых границ на участке модели с неоднородностью при вытеснении воды нефтью.

Излучательупругихколебанийспараметрами &ξ& = 11,8 м/с2,

ξ = 5,2 мкм включали в момент прорыва языка нефти на участке с неоднородностью (см. рис. 3.1.9, а). Этому соответствует скачкообразный рост перепада давления на модели. Включение упругих колебаний вызывает замедление роста перепада давления. Продвижение "языка" прорыва нефти приостанавливается, а участок неоднородности начинает насыщаться нефтью (см. рис. 3.1.9, б). Темп прироста вытесняемой нефти,

Рис. 3.1.8. Эволюция фронта вытеснения нефти водой на пластинчатой модели пористой среды. Параметры пористой модели: средний диаметр пор

d = 6 мкм; проницаемость k = 0,11 мкм2; пористость m = 23,6 %.

Положения: t1 – t7 – до воздействия, t8 – t9 – после включения поля упругих колебаний

55

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 3.1.9. Кадры фотосъемки процесса эволюции фазовых границ на участке модели пласта с неоднородностью при вытеснении воды нефтью:

а – до включения воздействия; б, в – после включения поля упругих колебаний

фиксируемый на выходе из модели, увеличивается. В третьей фазе данного явления фронт насыщения участка неоднородности "догоняет" основной фронт вытеснения и далее процесс вытеснения носит "поршневой" характер (см. рис. 3.1.9, в).

3.1.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЫТЕСНЕНИЯ НЕФТИ НА МОДЕЛЯХ ПРОДУКТИВНОГО ПЛАСТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИСКУССТВЕННЫХ И ЕСТЕСТВЕННЫХ КЕРНОВ

Для исследования процессов вытеснения нефти с использованием пористых кернов описанная в разделе 3.1.1

56

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

лабораторная установка была дополнена специальным кернодержателем и элементами, обеспечивающими возможность проведения исследований при высоких рабочих давлениях.

Схема экспериментальной установки представлена на рис. 3.1.10. Кернодержатель 15 с установленным на его торце излучателем упругих колебаний 14 закреплен к бетонному фундаменту – акустическому волновому поглотителю 20 через систему согласующих шайб 16. Для возбуждения пьезокерамического излучателя служит звуковой генератор ГЗ-109

сусилителем мощности 12 типа ТУ-600, контроль частоты ведется по частотомеру 10 типа Ф5035.

Спомощью плунжерного насоса постоянного расхода 8 задается необходимый расход жидкости из напорных разделительных колонок 6 и 7. Выходящие из исследуемых кернов жидкости собираются в буферной колонке 21, а контроль соотношения фаз нефти и воды осуществляется с помощью мерников соответственно 3 и 2. Перепад давления регистрируется

спомощью дифманометра 5 типа "Сапфир-22Д" с самописцем 4 типа КСУ-2. Статическое давление в модели пласта задается

спомощью баллона с азотом 1. Для контроля и регистрации параметров упругих колебаний служат датчики колебаний 19, 17 и 18, а также вибродатчик 13. Поступающие с них сигналы регистрируются с помощью информационно-измерительной системы 9 типа К200/9.

Для обжима пористого керна использовали сплав Вуда, после сборки через предусмотренные в стенке кернодержателя отверстия с резьбой в кернах высверливали каналы для установки микродатчиков колебаний. Конструкция крышек кернодержателя позволяет фиксировать пористую среду между входными и выходными согласующими пластинами, которые "просветляют" акустические границы различия волновых сопротивлений пористой среды, сплава Вуда и материала кернодержателя. Кернодержатель был рассчитан на рабочее давление до 15 МПа.

Для определения коэффициентов вытеснения нефти без воздействия и при наложении поля колебаний использовали общепринятую методику (ОСТ 39-195–86).

Модели пласта с искусственными кернами

При исследовании процесса довытеснения нефти водой использовали искусственный керн, изготовленный в НИИСтрой-

64