Повышение продуктивности и реанимация скважин

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

метрический датчик с малым мембранным прогибом, что устраняет изменения объема системы и повышает чувствительность к малым изменениям давления. При этом точность относительного изменения давления можно также повысить за счет применения высокочувствительных вольтметров.

Эксперименты проводили по следующей методике. Колонку 1 опрессовывали воздухом и заполняли под вакуумом исследуемой жидкостью. Включали термостатирование, и колонка выдерживалась в течение 2 ч при заданной температуре. После достижения в системе равновесия с помощью пресса 2 в колонке быстро (5–10 с) поднимали давление до заданного значения и фиксировали закрытием вентиля. Одновременно включался блок временной развертки графопостроителя, и последующий процесс изменения давления в изолированной колонке записывался на диаграмму графопостроителя. После прекращения процесса релаксации давления колонку разгружали до атмосферного давления и в таком состоянии система выдерживалась от 2 до 24 ч для восстановления исходного равновесного структурного состояния исследуемой жидкости.

Компьютерная обработка полученных диаграмм изменения давления позволила оценить времена объемной релаксации исследуемой жидкости.

Цикл измерений, включающий воздействие полем упругих колебаний, отличался тем, что после заполнения колонки исследуемой жидкостью и достижения температурного равновесия включали излучатель, а после повышения давления в колонке, протекания процесса релаксации и разгрузки колонки поле колебаний отключали. Циклы опытов проводили без колебательного воздействия и при воздействии упругими колебаниями различных частот от 20 Гц до 10 кГц.

В опытах использовали нефть Мордово-Кармальского месторождения битумов АО "Татнефть" плотностью 937 кг/м3, вязкостью 395 мПа с, с содержанием парафинов 1,7 %, смол силикагелевых 19,6 %, асфальтенов 7,1 %. Тестирование работы установки осуществляли с использованием ньютоновской жидкости – очищенного глицерина.

Результаты исследований показали, что воздействие упругими колебаниями приводит к изменению времени объемной релаксации, что свидетельствует о разрушении внутренней структуры неньютоновской жидкости. Степень уменьшения времени объемной релаксации – интенсивность разрушения структуры зависит от уровня производимого колебательного

92

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

воздействия. На рис. 3.4.2 представлена кривая разрушения вязкоупругой жидкости в поле колебаний – зависимость определяемого по циклу измерений времени объемной релаксации τ от показателя уровня налагаемого ко-

лебательного поля – вибрационного ускорения &ξ&.

Увеличение параметра поля – колебательного ускорения вызывает все более заметное разрушение структуры жидкой среды, что отражается в уменьшении времени объемной релаксации. При достижении уровня &ξ& порядка 10 м/с2 наступает

"насыщение" – дальнейший рост &ξ& не вызывает изменения време-

ни релаксации τ. Достигается достаточно полное разрушение структуры, вязкоупругие свойства среды вырождаются, жид-

кая среда ведет себя как обычная ньютоновская жидкость. Схема лабораторной установки для исследования сдвиговой

релаксации неньютоновских жидкостей в поле упругих колебаний приведена на рис. 3.4.3.

Основой установки является специально разработанный автоматический измеритель времени сдвиговой релаксации вязкоупругих жидкостей 3 (АРЖ-1). Принцип работы АРЖ-1 состоит в быстром растяжении капли жидкости между двумя цилиндрическими пластинами, в результате чего образуется цилиндрическая жидкостная нить, которая утончается по экспоненциальному временному закону, при этом замеряется время, в течение которого толщина нити уменьшается в е = 2,718… раз.

Рис. 3.4.2. Кривая разрушения структуры неньютоновской жидкости в поле упругих ко-

лебаний

93

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Излучатель упругих колебаний 1 жестко прикреплен через вибродатчик 4 к верхнему цилиндрическому столику блока 8 растяжения жидкости БРЖ, закрепленного на оптической скамье 2 АРЖ-1. Излучатель питается от звукового генератора 7 типа ГЗ-119 через усилитель 6 типа У-100. Уровень виброу-

Рис. 3.4.3. Схема экспериментальной установки для исследования сдвиговой

релаксации неньютоновских жидкостей в поле упругих колебаний

скорения генерируемых колебаний измеряется с помощью измерителя вибрации 5 типа ВШВ-003. Оптическая скамья 2 соединена с АРЖ-1. Замеряемые в процессе растяжения жидкостной нити времена сдвиговой релаксации высвечиваются на цифровом индикаторе АРЖ-1.

В опытах использовали модельную жидкость – 0,3%-ный раствор полимера DKS-ORP-40N1. Каплю исследуемой жидкости помещали между цилиндрическими пластинами оптической скамьи АРЖ-1 и производился замер времени сдвиговой релаксации. Во избежание накопления сдвиговых повреждений после каждого измерения жидкость в установке заменяли. Замеры осуществлялись как без воздействия, так и в поле упругих колебаний с различными частотами и уровнями виброускорения.

94

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Таблица 3.4.1

Изменение времени сдвиговой релаксации 0,3%-ного раствора полимера DKS-ORP-40N1 при воздействии упругими колебаниями

При данной постановке результаты исследований носят вероятностный характер, поэтому было выполнено достаточно большое число замеров (900) и проведена их статистическая обработка.

Результаты представлены в табл. 3.4.1.

Результаты исследований свидетельствуют об уменьшении времени сдвиговой релаксации при наложении на неньютоновскую жидкость поля упругих колебаний. В диапазоне низких частот уменьшение времени релаксации наиболее значительное, несмотря на низкий энергетический уровень колебательного воздействия. Это свидетельствует об избирательном частотном характере процессов разрушения внутренней структуры неньютоновских жидкостей и существовании резонансных частот, связанных с временами релаксации структур, которые определяют низкие частоты наиболее эффективного колебательного воздействия.

3.5. ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ ПОРИСТОЙ СРЕДЫ И ПРОЦЕССЫ ДЕКОЛЬМАТАЦИИ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ УПРУГИХ КОЛЕБАНИЙ1

Среди работ, посвященных экспериментальному изучению процессов изменения проницаемости, связанных с воздействием упругих колебаний на структуру пор и внутрипоровые отложения загрязняющих веществ, наибольший интерес представляют исследования [96–98, 113, 163]. Так, например, изучалось [96] изменение структуры порового пространства при воздействии низкочастотными импульсами давления с амплитудой 0,3 МПа. Приводятся данные о том, что в результате обработки в течение 20 мин минимальный размер пор снизился от 36 до 19 мкм, но при этом объем пор среды увеличился от 4,4 до 5,1 см3. Проницаемость образца пористой среды также возросла. При этом изменение структуры порового пространства происходило неравномерно по длине керна.

1 Раздел составлен совместно с Г.А. Сулеймановым.

95

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

В работе [33] исследовалось движение взвешенных в фильтруемой жидкости частиц на лабораторном стенде, позволяющем визуально наблюдать развитие микропроцессов и фиксировать их с помощью киносъемки. Экспериментальная модель пористой среды была изготовлена с использованием кварцевого песка, с размерами песчинок 0,3–0,4 мм, помещенного между параллельными стеклянными пластинами. На данной модели исследовались процессы кольматации пор взвешенными частицами (с размерами менее 0,1 мм), а также развитие процессов при резких скачках скорости фильтрации, при воздействии единичными импульсами давления и при вибрационном воздействии. В процессе фильтрации взвешенных частиц визуально наблюдались задерживание кольматирующих частичек сначала в самых мелких порах и области контактов, составляющих поровую среду песчинок, дальнейшая их коагуляция с образованием хлопьевидных скоплений, полностью перекрывающих поровые каналы. Под воздействием упругих колебаний наблюдались отрыв хлопьевидных скоплений от твердой поверхности пор, их диспергирование и вынос во взвешенном состоянии из пористой среды. Отмечается, что фильтрация жидкости с взвешенными хлопьевидными скоплениями под вибрационным воздействием не вызывает засорения каналов, но прекращение воздействия приводит к повторному накоплению загрязнений и закупориванию пористой среды.

Проведенные вышеуказанные, а также другие подобные исследования имеют ряд упущений и недостатков, связанных с моделированием пористой среды продуктивных коллекторов. Это использование песчинок одной фракции, отсутствие цементирования порового скелета, отсутствие на поверхности пор гидрофобизующих пленок остаточной нефти и др. Кроме того, с обнаруженными качественными эффектами вибрационной декольматации и их количественными проявлениями не сопоставлены расходно-напорные характеристики фильтрационных процессов, а также амплитудно-частотные параметры налагаемого колебательного воздействия.

Исследования влияния виброволнового воздействия на изменение проницаемости и декольматацию насыщенной пористой среды в процессах фильтрации проводили на лабораторных установках, моделирующих условия свободного волнового поля в пласте. Моделирование пластовых условий и продуктивных пористых сред проводилось в нескольких направлениях – в лабораторных условиях с использованием прозрач-

96

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ных пористо-пластинчатых моделей со сцементированной пористой средой и применением реального кернового материала, а в промысловых условиях – на стендовой установке, где в качестве источника волн использовались промысловые гидродинамические генераторы колебаний давления. Во всех пористых образцах моделировалась остаточная нефтенасыщенность.

Для получения визуальной информации о развитии процессов кольматации и декольматации были проведены лабораторные исследования с использованием прозрачных пластинчатых моделей пористого пласта. Исследования осуществляли на установке, описанной в разделе 3.1.1 (см. рис. 3.1.2). Исследования с использованием кернов проводили на установке, которая описана в разделе 3.1.2 (см. рис. 3.1.10). Доработка этих установок состояла в замене напорных колонок с нефтью на колонки с глинистым раствором для кольматации пористой среды. Описание пластинчатых моделей пласта и методика подготовки кернов с моделированием в порах остаточной нефти приведены в вышеуказанных разделах.

Для моделирования реальных условий процессов очистки ПЗП использовали экспериментальную установку на базе стенда испытаний скважинных генераторов колебаний давления, расположенную на промысловом полигоне (рис. 3.5.1).

К макету скважины 1 с установленным в нем генератором колебаний давления 2 через буровой поворотный кран присоединен кернодержатель-приставка 3. Для измерения параметров колебаний давления служат датчики 4 с прибором 5 типа ВШВ-003. Напорные колонки 6 заполняются водой и служат для сбора выходящей из кернодержателя жидкости. Колонка 7 предназначена для выравнивания давления внутри стенда и в напорных колонках в момент запуска стенда. С помощью баллона с азотом 8 задается давление в колонках, которое необходимо для создания обратной фильтрации.

97

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 3.5.1. Схема стендовой установки для исследования процессов декольматации призабойной зоны пласта в поле упругих колебаний

Для кольматации пористой среды предусмотрен контейнер 9 с глинистым раствором, причем последний подается на вход пористой среды дозатором 10. Перепад давления на модели пласта во время фильтрации замеряется дифманометром 11. Мерник 12 высокого давления служит для измерения расхода воды, определяемого как приращение объема в единицу времени. Для обеспечения работы скважинного гидродинамического генератора требуется нагнетание в манифольдовую линию

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

15 достаточно большого расхода воды при повышенном давлении (10–12 МПа). Эти параметры обеспечиваются подключением линии 15 к блочной кустовой насосной станции (БКНС). На выходе вода сбрасывается в дренажную линию. Расход воды через генератор замеряется расходомером 13 с прибором 14. Параметры генерируемых колебаний давления измеряются с помощью тензодатчиков 17 типа ПДМТ и пьезодатчиков 18 типа ЛХ-601, сигналы с которых через переключатели 20 поступают на усилитель-нормализатор 21 и регистрируются с помощью запоминающего 25 и светолучевого 24 осциллографов.

Частотный спектр определяется с помощью анализатора спектра 22 типа СК4-56, с записью спектрограмм на графопостроителе 23. Уровень вибрации стенда измеряется виброметром 19 с вибродатчиком 16.

Вкачестве генератора колебаний в опытах использовали известный промысловый генератор типа ГВЗ-108.

Объем протекающей в процессе фильтрации через керн воды оценивали по измерению уровня в колонках 6 при параллельном подключении мерника 12 по методу сообщающихся сосудов. При осуществлении замеров расхода через керн колонку 6 отключали, и вода поступала при обратной фильтрации только в мерник 12. После замера расхода колонку 6 открывали и уровень воды в мернике 12 сравнивали с уровнем воды в колонке.

Вопытах на данном стенде в качестве модели пористой среды пласта использовали сцементированные искусственные пористые среды, которые формировались непосредственно в кернодержателе-приставке 3.

Основная трудность исследования процессов декольматации пористой среды заключалась в воспроизведении одинаковых условий для моделирования загрязнения пористой среды при проведении серий повторяющихся опытов. Частично решением этой проблемы является использование простейших кольматантов, облегчающих процесс кольматации. С этой целью в качестве модельных кольматантов – механических частиц были выбраны продукты коррозии – микрочастицы ржавчины, а глинистые кольматанты моделировались слабо набухающими в воде каолинитовыми глинами.

87

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Растворы с взвешенными частицами кольматанта для прокачки через пористую среду готовили путем осуществления серий операций: взбалтывание навески глины в воде – отстой в течение 0,5; 1,0; 2,0; 3,0 ч с отбором после каждой серии неосевших частиц глины, и последующим определением их содержания в растворе, и оценкой характерных размеров частиц. При этом содержание частиц в сериях растворов варьировалось от 0,2 до 0,5 г/дм3, а характерные размеры частиц составляли от 0,5 до 10 мкм. Для кольматации пористых сред использовали также размолотый вермикулит, а его взвеси приготовляли по вышеописанной методике.

Кроме искусственных модельных кольматантов в ряде опытов использовались также естественные кольматанты, полученные при взятии проб на КВЧ при виброволновых обработках скв. 128 НГДУ "Аксаковнефть" и скв. 6090 НГДУ "Чекмагушнефть" АНК "Башнефть".

Загрязнение пористой среды осуществляли путем прокачки через нее глинистых растворов объемом, равным 100–150 объемов пор, до снижения исходной проницаемости пористого образца на 1–2 порядка.

Таблица 3.5.1

Параметры кернов

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

В процессе опытов проводили замеры расходно-напорных характеристик процесса фильтрации и амплитудно-частотных характеристик налагаемого поля упругих колебаний, замеряли объемы фильтрации. Частота упругих колебаний варьировалась в диапазоне 5 Гц – 60 кГц, уровень колебаний давления изменялся от самого минимального до среднеквадратического значения (200 кПа).

Степень изменения проницаемости пористой среды модели пласта в процессе воздействия оценивали по показателю

кольматации, kк – проницаемость среды, достигнутая в результате процесса кольматации – загрязнения, kт – текущая прони-

цаемость среды, достигнутая в процессе проведения опыта. На экспериментальных установках моделировали как пря-

мую, так и обратную фильтрацию воды по загрязненной пористой среде. Параметры использовавшихся при исследованиях кернов и искусственных пористых моделей пласта приведены в табл. 3.5.1.

3.5.1. ПРОНИЦАЕМОСТЬ ПОРИСТЫХ СРЕД ПРИ ФИЛЬТРАЦИИ ВЗВЕШЕННЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ

Фильтрация на пластинчатых моделях песчаного пласта

Для получения информации о развитии процесса кольматации пористой среды в процессе фильтрации взвешенных в воде твердых микрочастиц, о влиянии поля упругих колебаний на изменение структуры и объема кольматирующих отложений были проведены исследования с использованием прозрачных пористо-пластинчатых моделей пласта (см. табл. 3.5.1, образец № 8). В качестве кольматирующих частиц использовались продукты коррозии – частицы ржавчины. Раствор с взвешенными микрочастицами приготовляли при длительном настаивании ржавчины в дистиллированной воде.

По модели пористой среды с исходной проницаемостью 0,22 мкм2 осуществляли фильтрацию раствора взвешенных механических частиц ржавчины. В процессе фильтрации наблюдали постепенное накопление частиц в поровых каналах пористой модели, причем отложения происходили преимущественно во входной области модели с постепенным, медленным увеличением глубины загрязнения. По достижении глубины 10–12 мм процесс кольматации резко ускорился. О происхо-

89