3.5.3. Изменения проницаемости пористых сред в процессах реагентной декольматации

Изменения проницаемости пористой среды, связанные с физико-химическим воздействием на поровые кольматанты, исследовались в ходе фильтрационных экспериментов на об­разцах № 2, 3 и 4. Элементный анализ состава кернов № 2 и 3

100

под электронным микроскопом показал, что в порах присутст­вуют глинистые вещества каолинитового типа, в образце № 3 глинистость достигает 20 %. Образец № 4, с малым содержа­нием естественной глинистости, предварительно кольматиро-вался искусственно приготовленным глинистым раствором, в результате чего его исходная проницаемость понизилась от 0,01 до 0,001 мкм². Образец № 3 снизил свою исходную прони­цаемость в результате длительной фильтрации воды от 0,25-10"³ до 0,20-10"³ мкм².

Физико-химическое воздействие на глинистый внутрипоро-вый кольматант производили глинокислотой, представляющей собой смесь водных растворов соляной (12 % НС1) и плавико­вой (4 % HF) кислот.

На первом этапе в пористые образцы закачивали 10%-ный раствор соляной кислоты в количестве 1-1,5 объема пор, кото­рый необходим для растворения известковых включений и пре­дотвращения их соединения с плавиковой (фто­ристоводородной) кислотой с образованием твердого осадка CaF₂. Соляная кислота служит также для сохранения кислот­ности раствора и предотвращения внутрипоровых отложений продуктов реакции глин с плавиковой кислотой.

Затем в модель пласта при постоянном расходе был закачан раствор для физико-химического воздействия. По ус­тановлении постоянного перепада давления на модели вклю­чали поле колебаний с частотой 100 Гц и амплитудой колеба­ний 0,6 МПа.

На рис. 3.5.14 представлена кривая изменения проницаемо­сти керна № 4 в ходе простой фильтрации реагентов и при со­вместном колебательном и реагентном воздействии. При за­качке раствора НС1 на первом этапе проницаемость снижается. На втором этапе при закачке глинокислоты первоначальный добавочный спад проницаемости сменяется по прокачке одно­го объема пор некоторым увеличением. Проницаемость стаби­лизируется после прокачки через образец пяти-шести объемов пор глинокислоты. После включения поля колебаний прони­цаемость возрастает и достигает 0,01 мкм².

На последнем этапе, когда осуществляются фильтрацион­ная промывка образца чистой водой и удаление продуктов ре­акции под вибрацией, проницаемость возрастает до 0,0245 мкм², т.е. в результате комплексной обработки достигнута не только очистка образца от искусственного глинистого кольма-танта, но и повысилась в 2,5 раза его начальная проницаемость за счет растворения естественных глин в поровых каналах.

101

Ak/k₀

		'—
		Я
0,8		^	/
		О	/
		X	/
			/
	=		/
0,6		в 1	/
	|	g	/
		5S	/
0,4	■\	I	/
	•а	S
0,2	-1	А	/ ! / Включение поля
			/ колебаний
		\у	■ i i i

пор

О

4

8

10 V/K

Рис. 3.5.14. Диаграмма приращения проницаемости пористой среды об­разца № 4 в ходе фильтрации растворов реагентов и под воздействием колеба­тельного поля с частотой 100 Гц и амплитудой 0,6 МПа

Аналогичные исследования проводились с использованием образцов № 2 и 3, проницаемости которых различаются на по­рядок. Результаты этих исследований представлены на рис. 3.5.15 и 3.5.16.

Видно, что характер кривых относительного приращения проницаемости от объема пор закачанных реагентов подобен вышеописанным. Однако если для образца № 2 в конце закачки глинокислоты проницаемость возросла до 0,010 мкм², то для об­разца № 3 она стала равной 0,25-10~³ мкм², т.е. достигла пер­воначального своего значения. После промывки чистой водой и воздействия упругими колебаниями проницаемость образца № 2 возросла до 0,02 мкм², тогда как у образца № 3 так и не изменилась. Очевидно, при большом объемном содержании в порах глинистого материала хорошо вступающие в реакцию с глинокислотой алюмосиликаты растворялись, а разрыхленные микрочастицы кварца и других, плохо реагирующих минера-

102

Ak/k₀

Выключение поля колебаний

Включение поля колебаний

10

пор

V/K

Рис. 3.5.15. Диаграмма приращения проницаемости пористой среды об­разца № 2 в ходе фильтрации реагентов под воздействием колебательного поля

с частотой 100 Гц и амплитудой 0,6 МПа

лов закупоривали более узкие поровые каналы с защемлением в них коллоидных продуктов реакции. В более крупных кана­лах образца № 2 воздействие упругими колебаниями привело к разрушению структуры коллоидного продукта реакции, сни­жению его вязкости и повышению подвижности. Одновремен­но интенсифицировалось растворение микрочастиц и допол­нительно увеличилась проницаемость. В сильно засоренных продуктами реакции узких каналах образца № 3 движение жидкости прекратилось и последующая промывка чистой во­дой не привела к изменению проницаемости. Поэтому для бо­лее полного растворения глинистого материала и дезинтегра­ции нереагирующих частиц необходимо использовать специ­альный целевой подбор композиции химических реагентов.

Виброволновое воздействие в сочетании с закачкой глино-кислоты позволяет значительно увеличить степень очистки и проницаемость пористой среды, однако без осуществления целевых лабораторных исследований закачку нецелесообразно

103

Ak/k₀

I

Выключение поля колебаний

О

8

10

пор

V/K

Рис. 3.5.16. Диаграмма приращения проницаемости пористой среды об­разца № 3 в ходе фильтрации реагентов под воздействием колебательного поля

с частотой 100 Гц и амплитудой 0,6 МПа

применять на продуктивных коллекторах с проницаемостью ниже 0,001-0,002 мкм².

* * *

По представленным в гл. 3 результатам экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы.

Воздействие упругими колебаниями оказывает заметное влияние на фильтрационные процессы фазового вытеснения, релаксационные явления, связанные со структурой флюидов и их взаимодействием с твердой фазой коллектора, и явления декольматации пористых сред пластов. При этом выявлена связь между параметрами упругих колебаний и характеристи­ками продуктивного коллектора, определены пороговые зна­чения параметров колебаний, выше которых в пористой среде проявляются фильтрационные явления и эффекты декольмата­ции.

104

Впервые обнаружено выравнивание фронта вытеснения нефти водой при воздействии упругими колебаниями.

Затем керн насыщали нефтью, прокачивали пять-шесть объемов пор. После двухсуточной выдержки для завершения адсорбцион­ных процессов добавочно фильтровали пять-шесть объемов пор нефти и определяли проницаемость по нефти, снимали расход-но-напорные зависимости при прямой и обратной прокачке, а также при воздействии упругими колебаниями.

После подобной подготовки пористой среды производили закачку модели фильтрата бурового раствора. Затем через 1 сут проводили исследования расходно-напорных характери­стик при воздействии упругими колебаниями. Далее фильтрат вытесняли нефтью при обратной прокачке (имитация вызова притока в скважину) и осуществляли воздействие упругими колебаниями.

Такие же измерения проводились после насыщения порис­той среды нефтью. Было проведено воздействие упругими ко­лебаниями, в результате чего проницаемость по нефти увеличи­лась и составила 3,9-10~³ мкм². Затем в пористую среду был прокачан фильтрат бурового раствора. Результаты исследова­ния зависимости расхода от перепада давления приведены на рис. 3.5.17. Как видно из кривой 1, при фильтрации фильтрата линейный закон уже не соблюдается, что может объясняться наличием у полимерного раствора неньютоновских свойств

р, МПа

Рис. 3.5.17. Зависимость расхода от перепада дав­ления при обратной филь­трации фильтрата буро­во­го раствора:

1 — без воздействия; 2 — при воздействии упругими коле­баниями с частотой 190 Гц и интенсивностью 2200 Вт/м²

0 0,025 0,05 0,075 0,1 Q,cm³Ic

105

при низких градиентах давления. При воздействии упругими колебаниями фильтрация становится линейной. Упругие коле­бания приводят к разрушению структурной сетки полимерного раствора и вырождению неньютоновских свойств.

Затем фильтрат вытеснялся нефтью при обратной филь­трации. Проницаемость по нефти после вытеснения фильтрата снижалась до 2,3 10~³ мкм², т.е. почти в 2 раза по сравнению с тем, что было до внедрения фильтрата. Присутствие фильтрата в пористой среде приводит к существенному снижению фильтрационных свойств. Воздействие упругими колебаниями вызывает некоторое увеличение подвижности нефти.

Были также проведены опыты по сочетанию упругих коле­баний с закачкой химреагента, в качестве которого использо­вался раствор перхлората натрия. Опыты проводили при фильтрации с постоянным расходом, который задавался плун­жерным прессом. При этом регистрировали перепад давления и объем прокачанной жидкости.

После проведения целого ряда опытов по исследованию фильтрации фильтрата бурового раствора на основе КМЦ и ФХЛС проницаемость керна по нефти составляла 0,1 10~³ мкм². В керн был закачан раствор перхлората натрия. Затем этот раствор вытесняли при обратной фильтрации нефтью. В результате проницаемость возросла до 0,22-10" мкм²; Далее включали воздействие упругими колебаниями, и в результате проницаемость по нефти возросла до 0,31 10" мкм², т.е. при комплексном воздействии проницаемость увеличилась в 3 раза.

Таким образом, результаты опытов свидетельствуют о том, что воздействие упругими колебаниями снижает эффективную вязкость фильтрата бурового раствора и уменьшает влияние его неньютоновских свойств на фильтрацию в пористой среде. При совместном действии химреагентов и упругих колебаний кратно повышается эффективность очистки коллектора.

Очистка от фильтрата бурового раствора

Из-за наличия в фильтрате бурового раствора полимерного вещества фильтрационные процессы в зоне проникновения приобретают сложный характер. Физико-химическое взаимо­действие полимера со скелетом пористой среды, его адсорбция на развитой поверхности и неньютоновские свойства оказы­вают большое влияние на подвижность полимерсодержащих фильтратов буровых растворов в коллекторе, в результате чего затрудняется его извлечение из пласта при освоении скважин после бурения. В этом плане представляет интерес изучение

106

влияния упругих колебаний на фильтрацию фильтрата бурово­го раствора.

Исследования с использованием естественных кернов про­водили на установке, которая описана в разделе 3.3 (см. рис. 3.3.1). С целью регистрации расхода был разработан и изго­товлен преобразователь расхода в электрический сигнал на основе гидравлического моста. При измерении расходно-напорных характеристик сигналы с датчиков расхода и пере­пада давления одновременно поступали на планшетный гра­фопостроитель, соответственно на горизонтальную и верти­кальную развертку, для автоматической записи зависимости расхода от перепада давления Q = =Ддр).

В качестве нефти использовали изовискозную модель -смесь керосина с нефтью Уренгойского месторождения (30 %).

Исследования проводили на кернах скв. 6606 Уренгойского месторождения с практически одинаковыми коллекторскими свойствами (проницаемость (7,0-7,2)-10~³ мкм²; пористость 0,134-0,135). Фильтрат готовили по рецептуре бурового рас­твора. Он представлял собой раствор в пресной воде 0,5 % КМЦ и 1 % ФХЛС.

В ходе исследований фильтрационных процессов под воз­действием упругих колебаний измеряли зависимость расхода от перепада давления с применением графопостроителя как при прямой, так и при обратной фильтрации.

После насыщения кернов моделью воды Уренгойского ме­сторождения были сняты фильтрационные характеристики, которые показали, что при перепадах давления до 4,5 МПа со­блюдается линейный закон фильтрации, а зависимости расхо­да от перепада давления при прямой и обратной фильтрации совпадают. Проницаемость по воде составила 4,8-10~³ мкм². Воздействие упругими колебаниями практически не влияет на фильтрацию воды.

Выявлен ряд закономерностей и высказаны механизмы фильтрационных явлений и процессов декольматации в порис­тых средах при воздействии упругими колебаниями.

Впервые установлены пороговые значения по параметрам колебательного смещения и ускорения явлений виброволново­го воздействия на продуктивные коллекторы.

Экспериментально установлено:

увеличение фазовой проницаемости для нефти при ее довы-теснении;

107

инициирование капиллярной пропитки пористых сред про­ницаемостью вплоть до 0,001 мкм², снижение влияния вязко­сти на процессы капиллярной пропитки;

стимуляция капиллярной пропитки низкопроницаемых по­ристых сред без связанной воды и достижение коэффициента нефтевытеснения, сравнимого с его значением для пористых сред со связанной водой, т.е. эффект воздействия проявляется как для гидрофильных, так и для гидрофобных пористых сред;

сохранение эффективности нефтевытеснения при цикли­ческом характере включения источника колебаний;

увеличение относительной эффективности воздействия при ис­пользовании низкопроницаемых кернов (< 0,1 мкм²). При этом получено увеличение коэффициента вытеснения нефти водой из низкопроницаемых пористых сред на 5-10 %;

возникновение фильтрационных эффектов при превышении значения колебательного ускорения 0,1-0,5 значения ускоре­ния свободного падения и превышении значения колебатель­ного смещения 0,2-0,3 эффективного диаметра поровых кана­лов;

увеличение пьезопроводности пористой среды;

существенное усиление влияния упругих колебаний при со­четании с физико-химическими воздействиями;

снижение времени объемной релаксации тяжелых нефтей при воздействии упругими колебаниями при увеличении уров­ня виброускорения до значения ускорения свободного падения и полное снятие релаксационных свойств при виброускорении больше 10 м/с²;

проявление эффекта очистки пористой среды при превы­шении порогового уровня колебаний 0,02 МПа; рациональный диапазон частот, в котором при меньшей энергетике воздейст­вия достигается большая степень очистки, составляет 20-300 Гц;

достижение наибольшей степени очистки при воздействии упругими колебаниями при обратной фильтрации жидкости (имитации депрессии на пласт).

появление процесса выноса основного количества кольма-тирующего материала при прокачке через пористую среду трех-пяти объемов пор жидкости;

увеличение относительного показателя очистки с пониже­нием проницаемости пористой среды коллектора;

значительное повышение эффективности реагентной обра­ботки при воздействии упругими колебаниями, а при сочета-

108

нии с глинокислотной обработкой увеличение проницаемости в 2-10 раз; глинокислоту нецелесообразно применять при про­ницаемости ниже 0,001Ч),002 мкм^.

Полученные результаты исследований являются основой для определения оптимальных амплитудных и частотных па­раметров упругих колебаний в конкретной геолого-промыс­ловой обстановке.

Методики исследований и полученные в гл. 3 результаты были использованы при создании новых технологий интенси­фикации добычи нефти с использованием виброволнового воздействия.

109

ГЛАВА

4

КОМПЛЕКС

ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ОПТИМАЛЬНЫХ

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

УПРУГОГО КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ В РЕАЛЬНОЙ ГЕОЛОГО-ПРОМЫСЛОВОЙ ОБСТАНОВКЕ¹

Д ля оптимального выбора технологического режима обработки ПЗП упругими колебаниями, включающего подбор эффективного физико-химического компонента воздействия, требуется осуществление целевых экспертных исследований, направленных на изучение особенностей пластовой пористой среды, состава загрязняющих призабойную зону механических и жидких кольматантов, динамики изменения их свойств и объемов в процессе колебательного воздействия и физико-химического взаимодействия с закачиваемым агентом. Разработанный с этой целью комплекс лабораторных (экс­пертных) исследований включает:

исследование основных фильтрационно-емкостных харак­теристик обрабатываемого интервала пласта; исследование структуры порового пространства коллектора обрабатываемого интервала;

исследование физико-химических свойств поверхности коллектора;

исследование дисперсного и элементного состава кольматанта, отобранного после контрольной обработки призабойной зоны пласта;

¹ Глава составлена совместно с А.В. Овсюковым.

108

подбор химических реагентов, их композиций, позволяющих уменьшить степень сцепления кольматирующего материала с твердой фазой коллектора; исследование в лабораторных условиях процессов декольматации керна с применением комплексного воздействия упругими колебаниями и физико-химическим компонентом.

По данным комплекса лабораторных исследований выда­ются рекомендации по оптимизации обработок с применением подобранных химических реагентов. В данном разделе показано применение экспертных исследований на примере промыслового материала скважин НГДУ "Краснохолмскнефть" АНК "Башнефть", обработанных по комплексной технологии.