3.2. Исследование капилярной пропитки нефтенасыщенных кернов под воздействием упругих колебаний

Капиллярное пропитывание играет весьма существенную роль в процессах вытеснения нефти из пластов при их завод­нении. Его роль возрастает в неоднородных, а также низко­проницаемых пластах [174, 175].

Явление изменения скорости капиллярного пропитывания пористых материалов в поле ультразвуковых колебаний извест­но достаточно давно, на практике это явление используется в легкой промышленности (кожевенной, текстильной, медицин­ской и др.) Влияние низкочастотных пульсаций давления на прямоточную капиллярную пропитку нефтенасыщенных порис­тых сред экспериментально исследовалось в работе [42]. Одна­ко, согласно используемой лабораторной методике, там факти­чески моделировался процесс низконапорного вытеснения неф­ти, сопровождавшийся также капиллярным пропитыванием. Ка­пиллярная пропитка как отдельное явление на нефтенасыщен­ных образцах пористой среды при воздействии низкочастотны­ми упругими колебаниями практически не изучалась.

Для исследования процесса капиллярной пропитки насы­щенных кернов использовали экспериментальную установку, позволяющую проводить исследования при нормальных и приближенных к пластовым условиях с возможностью моде­лирования свободного акустического поля при воздействии упругими колебаниями.

Схема лабораторной установки показана на рис. 3.2.1.

Образец пористой среды 9 помещается внутри камеры вы­сокого давления, выше которой расположен мерник 5. Сбоку и

70

снизу камеры закреплены излучатели упругих колебаний 3. Образец пористой среды через систему согласующих пластин 11 соединен с акустическим волноводом свободного поля -фундаментом 8. Для питания излучателей служат звуковые генераторы 1 типа ГЗ-33 с усилителями мощности 2 типа 100У-101 или ТУ-600. Для контроля и регистрации параметров упругих колебаний используются датчики б, сигналы с кото­рых поступают на милливольтметр 4 типа ВЗ-56, ВЗ-55 или измеритель ВШВ-003. Для поддержания заданного рабочего давления служит буферная разделительная колонка 7. Через окно 10 можно наблюдать торцовую поверхность керна и ре­гистрировать появление и отрыв капель нефти. Установка раз­мещена внутри термостатируемой камеры с постоянной тем­пературой 27 °С.

Образцы пористой среды экстрагируются спиртобензоль-ной смесью, отмываются от солей и сушатся при температуре 70 °С. Производится определение их коллекторских свойств и насыщение водой под вакуумом с взвешиванием до и после насыщения. Путем капиллярной вытяжки по методу В.М. Бе-

Рис. 3.2.1. Схема лабораторной установки для исследования капиллярной про­питки нефтенасыщенных кернов при воздействии упругими колебаниями

71

резина в кернах создается определенное содержание связанной воды, после чего они насыщаются керосином, а затем нефтью посредством ее фильтрации через керн в объеме, равном двум-трем объемам пор. Такой же объем нефти профильтровывается еще через 2 сут - после завершения адсорбционных процессов. Подготовленный таким образом керн помещается в камеру прибора капиллярной пропитки, камера заполняется дегазиро­ванной под вакуумом водой, в ней создается рабочее давление. Момент заполнения камеры водой фиксируется как время на­чала процесса капиллярной пропитки. Замер объема вытес­ненной нефти производится по мернику, в котором собирают­ся капли всплывающей нефти. Визуальное наблюдение через смотровое окно позволяет регистрировать появление капель нефти.

Используется также альтернативная методика, в которой обжим керна осуществляется при помощи сплава Вуда. При этом керн предварительно экстрагируется и сушится. Далее он помещается в камеру высокого давления и при температуре 80 °С зазор между керном и стенкой камеры заливается сплавом Вуда. Керн в камере насыщается нефтью под вакуумом или путем фильтрации под давлением. Далее камера разбирается для определения объема нефти в керне методом взвешивания. Данная величина может также определяться по разнице объе­мов вошедшей и вышедшей через керн в ходе фильтрации нефти. Для моделирования связанной воды керн сначала под вакуумом насыщается водой, которая затем вытесняется неф­тью при фильтрации по методике, принятой для кернодержа-теля с насыпным грунтом, и по количеству вытесненной воды определяется начальная нефтенасыщенность. Установку соби­рают, верхнюю и нижнюю части камеры высокого давления заполняют дегазированной водой, соединяют их урав­нивающей трубкой, поднимают давление до рабочего. С этого момента проводится отсчет процесса капиллярной пропитки.

Воздействие упругими колебаниями производится либо с начала процесса, либо после прекращения процесса самопро­извольного вытеснения нефти. Включением одного из двух излучателей колебаний осуществляется распространение уп­ругих колебаний либо по оси керна, либо поперек него.

72

Таблица 3.2.1 Характеристики образцов пористой среды

	и	насыщающих жидкостей
Номер образца	Месторож­дение, скважи­на	Проницае­мость, мкм2	Порис­тость, %	Эффективный диаметр поро-вых каналов, мкм	Насыща­ющая жид­кость
1	Самотлор-	0,611	22,5	15	Нефть
	ское, 819
2	Самотлор-	0,035	20,8	4	п
	ское, 6745
3	Когалым-	0,0015	16,5	13	Керосин
	ское, 242
4	Когалым-	0,0011	16,1	10	Нефть
	ское, 360
5	Искусствен-	0,270	30,8	7	п
6	ныи Мончаров-	1,580	25,1	22	п
	ское, 2126

Продолжение табл. 3.2.1

Номер образца	Месторож-	Плотность	Вязкость	Содержание	Статическое
	дение, скважи­на	жидкости, кг/м^	жидкости, мПа-с	связанной воды, %	давление, МПа
1	Самотлор-	835	8,3	—	0,8
	ское, 819
2	Самотлор-	830	5,0	-	1,0
	ское, 6745
3	Когалым-	780	2,0	10,2	0,9
	ское, 242
4	Когалым-	830	5,0	5,9	0,8
	ское, 360
5	Искусствен-	830	5,0	-	8,0
	ный
6	Мончаров-	830	5,0	7,0	8,0
	ское, 2126

В опытах использовались естественные керны Мончаров-ского АНК "Башнефть", Когалымского АО "Лукойл-Кога-лымнефтегаз", Талинского АО "Кондпетролеум" месторожде­ний, а также искусственные керны, изготовленные в НИИСт-ройкерамике. Керны насыщались нефтью Максимовской пло­щади Югомашевского месторождения НГДУ "Красно-холмскнефть" АНК "Башнефть" или для изменения вязкости -смесью нефти с керосином.

Характеристики образцов пористой среды и насыщающих жидкостей представлены в табл. 3.2.1.

73

3.2.1. КАПИЛЛЯРНАЯ ПРОПИТКА С ТРАПНЫМИ НЕФТЯМИ ПРИВНЕШНИХ ДАВЛЕНИЯХ ДО 1 Мпа

Результаты данной серии экспериментов представлены на рис. 3.2.2 и 3.2.3 в виде кривых изменения коэффициента неф-тевытеснения во времени процесса самопроизвольного пропи­тывания нефтенасыщенных кернов водой.

Периоды колебательного воздействия показаны штрихо­ванными полосами. Образцы кернов 1 и 2 характеризуются близкими значениями пористости, но существенно различают­ся по значениям проницаемости (0,611 и 0,035 мкм²^ соответст­венно).

В образце 1 самопроизвольное пропитывание возникает с

12

24

42 t, сут

18

30

36

Рис. 3.2.2. Динамика капиллярной пропитки водой нефтенасыщенных кер­нов при циклическом включении поля упругих колебаний:

/ — нефтевытеснение для образца \; II — нефтевытеснение для образца 2; периоды включения излучателя и параметры воздействия: Г — со = 210 Гц, J= = 14,0 Вт/м , % = 4,0 м/с², % = 2,3 мкм; 2* - со = 500 Гц, J= 1,0 Вт/м², | = = 2,4 м/с², % = 0,2 мкм; 1 - со = 175 Гц, J= 5,5 Вт/м², I = 2,1 м/с², %= =1,7 мкм; 2 - со = 220 Гц, J= 5,5 Вт/м², \ = 2,4 м/с², % = 1,5 мкм; 3 - со = = 270 Гц, J= 7,9 Вт/м², \ = 3,3 м/с², % = 1,6 мкм; ¥ - со = 360 Гц, J = =7,0 Вт/м², г; = 4,3 м/с², \ = 0,8 мкм; 5 - со = 300 Гц, J= 4,3 Вт/м², | = =3,2 м/с², £ = 0,9 мкм; 6- со = 215 Гц, J= 6,7 Вт/м², | = 2,8 м/с², £ = 1,6 мкм;

7- со = 275 Гц, J= 5,5 Вт/м², г; = 3,3 м/с², % = 1,1 мкм

74

начала отсчета опыта без воздействия упругими колебаниями. В итоге коэффициент нефтевытеснения достигает 40 %. После прекращения процесса нефтевытеснения включение упругих колебаний не вызывает какого-либо возобновления процесса пропитывания керна.

С образцом 2 в обычных условиях самопроизвольного пропитывания водой нефтенасыщенной пористой среды не происходит. Воздействие упругими колебаниями инициирует процесс пропитки, происходит выделение нефти из пористой среды в течение 7 ч, после чего пропитка приостанавливает­ся, и дальнейшее воздействие в течение еще 12 ч не приводит к увеличению коэффициента нефтевытеснения. Далее в тече­ние 1 сут не наблюдается продолжения процесса пропитыва­ния керна. Тем не менее повторное, спустя 1 сут, наложение поля упругих колебаний вновь инициирует дальнейшее про­питывание образца, и коэффициент нефтевытеснения увеличи­вается. Подобное циклическое воздействие позволяет довести коэффициент вытеснения нефти за счет пропитывания водой до 30 %. т_н,%

Рис. 3.23. Динамика капиллярной пропитки естественных кернов при цик­ли­ческом включении поля упругих колебаний:

/—нефгевытеснение для образца 3; II — нефгевытеснение для образца 4; периоды включе­ния излучателя и параметры воздействия: 1* - со = 210 Гц, J= 22,0 Вт/м², \ = 5,0 м/с², \ = 2,3 мкм; 2* - со = 200 Гц, J= 50,0 Вт/м², % = 7,2 м/с², \ = = 4,6 мкм; 1 - со = 420 Гц, J = 56,0 Вт/м², \ = 1,6 м/с², % = 2,3 мкм; 2 - со = = 104 Гц, J= 22,0 Вт/м², \ = 2,5 м/с², % = 5,9 мкм; 3-со= ПО Гц, J= 18,0 Вт/м², \ = 2,4 м/с², \ = 5,0 мкм

75

На рис. 3.2.3 показаны кривые вытеснения нефти в процес­се капиллярного пропитывания образцов 3 и 4. Эти образцы характеризуются близкими значениями пористости и прони­цаемости (см. табл. 3.2.1). В процессе подготовки в них созда­вали связанную воду. Насыщение данных кернов в отличие от образцов первой серии опытов производили нефтями различ­ной вязкости. Из-за различия вязкости темп пропитки и коэф­фициент нефтевытеснения у данных образцов заметно разли­чаются.

У образца 3, насыщенного нефтью с малой вязкостью, влияние упругих колебаний на процесс капиллярного пропи­тывания обнаружено не было. Воздействие в опыте с образцом 4 привело к изменению характера пропитывания, а коэффици­ент вытеснения нефти возрос до значения достаточно близкого к значению, полученному в опыте с образцом 3. Таким обра­зом, колебательное воздействие снижает отрицательное влия­ние увеличения вязкости нефти на процесс пропитывания.