Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Повышение эффективности вскрытия и опробования нефтегазоносных пластов

..pdf

Скачиваний:

Добавлен:

23.10.2023

Размер:

5.31 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 139 10 11 12 13 > Следующая >>>

П р и	активации на	величину	коэффициента	набухания
Ко влияет	ряд факторов:	химический	состав глинистого	материа

ла и растворов кислот, концентрация кислот, давление, темпе

ратура		н карбонатность пород. Серия выполненных эксперимен
тов, по		изучению набухания активированных		и неактивироваи-
ных глин, позволяет по очереди исключать роль отдельных					фак
торов	и	оценивать степень	влияния к а ж д о г о в	отдельности.	Так,
после	кислотной активации		пород-коллекторов	сарматских	(пло-

'Б

С,%

Рис. I3. Набухание аскангеля в технической воде,

предварительно активированного растворами

кис

лот

и щелочей различной концентрации.

/ — едким

натрием, уксусной и

лимонной

кислотами;

2—

серной кислотой; 3 — соляной

K H C I O T O I ' I ;

4—плавиковой

кислотой.

щадь

З а л у ж а н с к а я ) , кембрийских

(площадь

Бучачская)

па

леогеновых

отложений

(площадь

С е м и п ш о в с к а я )

коэффициент

н а б у х а н и я ' К о

в .технической воде

уменьшается

соответственно

в 1,62;

1,20

1,13

раза

и становится меньше

Ко

неактивирован

ных проб в

пластовой

воде (соответственно

в 1,42;

1,08

1,01

р а з а ) . Активированные

глинистые

минералы

пород меловых

от

ложений (площадь Тереблянская) характеризуются незначитель ным уменьшением величины Ко (в 1,02 р а з а ) . Сопоставляя эти величины с д а н н ы м и рис. 12, а и б нетрудно заметить, что доми нирующим факторов, обеспечившим высокую эффективность ак тивации глинистого материала пород сарматских отложений, яв ляется химический состав его минералов (наличие монтморилло нитов), а пород кембрийских и палеогеновых отложений — химический состав кислотных растворов (наличие плавиковой кислоты) . Н и з к а я эффективность активации глин в породах ме лового возраста обусловлена в первую очередь высокой карбо - натностью пород-коллекторов (до 40%), за счет которой проис ходит нейтрализация кислотного раствора .

Изучение процесса набухания глинистых фракций пород-кол лекторов в дисперсном состоянии является до некоторой степени условным. В частности, глинистые включения в матрице породы имеют другую упаковку, некоторое их количество изолировано от пор и не принимает участия в набухании. Следовательно, ко

эффициент набухания глинопорошка не о т р а ж а е т		влияния про
цесса набухания на изменение	фильтрационных	и	емкостных
свойств пород-коллекторов.
Д л я определения величины	набухания глинистых		минералов

в ненарушенном образце породы предлагается фильтрационный способ. Сущность его заключается в том, что эффект набухания оценивается по соотношению абсолютной газопроницаемости по роды (равной проницаемости по иеполярной, т. е. инертной жид -

-к о с т п ) и проницаемости по полярным жидкостям, которые вызы вают набухание глинистых минералов . Методические приемы по

фильтрационному способу р а з р а б а т ы в а л и с ь на образцах глини стых песчаников палеогеновых отложений Предкарпатского про

гиба (площадь Р о с и л ь н я н с к а я ) . В качестве жидкости,	вызываю
щей набухание глинистых минералов и соответственно	влияющей
на изменение проницаемости породы, использовались	дистилли

рованная вода и водные растворы NaCl различной концентра ции. Определение проницаемости пород проводилось на установ

ке У И П К - 1 М , при одинаковых величинах всестороннего обжима .
Абсолютная газопроницаемость пород определялась с учетом
явления	проскальзывания молекул газа — эффекта Клинкенбер-
га [94].	Определенная этим способом газопроницаемость

как доказано многими исследователями [28, 64, 94 и др.], соот*

ветствует	проницаемости по однофазной неполярной			жидкости
или по	высокоминерализованной	жидкости, не	вызывающей
набухания . В дальнейшем порода		(образец керна)	по	очереди

н а с ы щ а л а с ь водным раствором NaCl различной минерализации — от высокой (200 г/л) до дистиллированной воды. Вся з а м е р н а я система, включая образец породы и рабочую жидкость, дегази

ровалась	путем вакуумирования .	Коэффициент проницаемости
з а м е р я л с я	по к а ж д о м у раствору	и дистиллированной воде после

полного завершения процесса набухания и стабилизации филь трации.

В работе Пирсона [64] приводится зависимость, позволяющая определить долю порового пространства, занимаемого гидратным слоем, то есть долю жидкости, ушедшей на набухание глинисто го материала, через величины проницаемости по газу К (с уче том эффекта Клинкенберга) и по жидкости Кж

	" I T " = О	(57)
где а — доля	объема гидратного слоя или доля объема	жидко
сти, ушедшей	на набухание.
	6*	83

Приведенная

зависимость поз.

золяет

экспериментально,

филь

трационным

способом,

опреде

лить

а.

Результаты

опытов

по

фильтрации

вод

различной

кон

центрации

представлены

табл.

13. М а к с и м а л ь н а я

проницаемость

наблюдается

при фильтрации

вы

соком ииерализованной

воды

(200

г/л)

минимальная — при

фильтрации

дистиллированной

воды. В той ж е

табл .

приведе

ны значения а, рассчитанные по

уравнению

(57).

Величина

уменьшается

увеличением

кон

центрации,

такая

ж е

зависимость

характерна

для1

коэффициента

tir О Ю

набухания

(рис.

14).

Ol Ol CJi

Если известна начальная от-

крытая

пористость

образца,

для

-.ScS

которой

равняется

можно

т с " - ~

т а к ж е

определить

ее

текущие

(мгло

значения

при

разной

степени

на-

<ч-=-!.

бухания

глинистых

минералов

по-

роды (в данном случае при раз-

g2r.g

ной

минерализации

воды) .

Д л я

этого

достаточно

вычесть

из

ве-

ц э с ч е — личины

начальной

пористости

ее

<яп?1

долю, приходящуюся

на

гидрат-

> о о

ный

слон

согласно

текущим

зна

чениям а. Изменение коэффици

ента открытой пористости относи

тельно величины

для

водных

о" о" о"

растворов

NaCl

разной

концен

трации

и дистиллированной

воды

изображены

на рис.

15. На

рисун

ке видно,

что

изменение

объема

порового

пространства,

вследст

вие набухания

глинистого

мате

риала,

достаточно

большое.

На

чальные

коэффициенты открытой

пористости

исследованных

об

разцах

и 3

уменьшились

дистиллированной

воде

соответ

ственно

пределах

от

14,8

до

8,3%,

от 10,9

до

7,4%

и от

7,8

до

5,Г%.

а, доли един.

ЮО

150

ZOO С, г/л

Рис. 14. Зависимость доли объема гндратиого слоя а от минера лизации водных растворов NviCl.

J, 2, 3 — Лг? образцов согласно табл. 13.

а, доли един

Рис. 15. Связь доли объема гндратио го слоя а с открытой пористостью по роды.

/, 2, 3 — № образцов согласно табл. 13.

К о э ф ф и ц и е нт набухания Ко дисперсной пробы в жидкости ха рактеризует отношение VjVrn объема жидкости V, ушедшей на набухание глинистого материала, к его объему Угл, т. е.

V = K0Vm.

(58)

Величина ос, определяемая с помощью фильтрационного ме тода, соответствует отношению VIVaop объема жидкости V к на чальному объему пор Vnop образца до набухания, т. е.

	V=o.Vnop.						(59)
П р и р а в н и в а я	соотношения		(58)	и 59), получим
	1'г л	=	_ ! l ™ L ,				(60)
			До
из которого через	величину	а	можно		определить	объем	глин
У г л в породе-коллекторе, участвующий					в набухании.
В связи с тем	что набухание глинистого м а т е р и а л а пород за
висит от многих факторов, изучение этого процесса						д о л ж н о	про
водиться для к а ж д о й конкретной				разновидности		коллекторов

при температурах и давлениях, отвечающих пластовым их зна чениям. Н а б у х а н и е глинистых минералов пород-коллекторов в изученных регионах будет значительно уменьшено, если д л я об работки буровых растворов при вскрытии продуктивных пластов использовать химические реагенты и П А В , в водных растворах которых коэффициент набухания глин меньше, чем в пластовой воде.

Целесообразно	т а к ж е	расширять изучение процесса				набуха
ния глинистых минералов		в	неразрушенных		образцах	пород,
в частности, предложенным			выше	ф и л ь т р а ц и о н н ы м . способом.
Только при наличии таких исследований и изучения						влияния
других процессов	(закупоривающих			свойств	химических	реаген
тов, блокирующего действия			воды,	химического взаимодействия

и др.) на проницаемость пород-коллекторов возможен обосно ванный подбор рецептур рабочих жидкостей д л я вскрытия про дуктивных и перспективных пластов и искусственного воздейст вия на их прискважинную зону.

Г л а в а I V

Э К С П Е Р И М Е Н Т А Л Ь Н Ы Е ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ ОСВОЕНИЯ СКВАЖИН И ОБРАБОТКИ ПЛАСТОВ

П р о б л е м а		освоения скважин		и обработки пластов включает
большой	круг	вопросов,	решение	которых	возможно,	прежде
всего, на	базе	обширных	экспериментальных		исследований.
В данной работе приведены результаты исследований						по изу

чению особенностей фильтрации жидкости и газа в моделях тре щинных пород с целью выяснения вопроса о роли упругих де формаций при изменении перепада давлений и определения оп

тимальных	депрессий при освоении скважин, а т а к ж е по подбору
рецептуры	и технологии кислотных обработок пород-коллекто
ров.

§ 1. Изучение фильтрации флюидов в трещинных породах в связи с определением оптимальных депрессий при освоении скважин

По вопросу определения оптимальных депрессий (перепада
м е ж д у	пластовым и	забойным давлениями) при	освоении тре
щинных	коллекторов	существуют противоречивые	точки зрения.

В практике обычно создаются большие депрессии вплоть до тех

нически достижимых (при	отсутствии притока ф л ю и д о в ) .	Одна
ко распространено мнение,	что фильтрационные свойства	тре

щинных пород могут ухудшаться с увеличением депрессии. В ка честве причин, вызывающих такое явление, предполагается сужение трещин при значительных перепадах давлений [53], про явление упругих деформаций трещинного коллектора при неко торых критических депрессиях [56] и др . В доказательство при водятся случаи искривления индикаторных линий к оси депрес сий и появление гистерезисной петли между индикаторными диа

г р а м м а м и	прямого и обратного	ходов.
Анализ	индикаторных линий	и всего фактического материала

по опробованию скважин не позволяет оценить величину опти

мальных депрессий при	вызове	притока	из	пластов. Более того,
д л я условий западной части Крыма, где			в	меловых	отложениях
трещиноватость пород	развита	широко,	а	т а к ж е	д л я Волыно -

Подольской окраины Восточно-Европейской платформы н З а карпатского прогиба фактический материал имеется лишь в ог раниченном количестве. Немногочисленные индикаторные линии» полученные при исследовании скважин, прямолинейны, пли не значительно искривлены к оси перепадов давлений . Техническим ограничением величины депрессии может служить ее предел,, с

которого начинается	разрушение приствольной зоны пласта.
В рассматриваемых	условиях трещинные		и	порово-трещинные
коллекторы представлены		сравнительно	устойчивыми породами,
не р а з р у ш а ю щ и м и с я	д а ж е	при очень больших		депрессиях — д о

300—350 кгс/см3 . Следовательно, задача сводится к выяснению вопроса о влиянии перепада давлений на изменение фильтра ционных свойств трещинного коллектора .

Д л я этого	была предпринята	попытка в лабораторных	усло
виях оценить	влияние депрессии	на характер фильтрации	флюи

дов в трещинной среде. Выполнен комплекс опытов по фильтра


ции жидкости (керосина)			и газа	(азота)	в трещинных	породах
и идеальных щелях на моделях различной					конфигурации.		Ис
пользованы	тр.н	типа моделей: первый — цилиндрические				образ
цы (диаметр	2,7	см, длина	3 см)	с продольными трещинами,			вто
р о й — кубические образцы			(2,7X2,7 см) с		продольными	трещи
нами и третий — цилиндрические				образцы	(диаметр 2,7 см,		дли

на 3 см) с радиальными трещинами . Преследовалась цель соз дать различные варианты распределения напряжений по отноше


нию к трещине, в частности, в о б р а з ц а х с радиальными						трещи
нами высверливалось	центральное круглое отверстие				(диаметр
4 м м ) , модель наиболее		полно п р и б л и ж а л а с ь		к условиям на
пряжений, возникающих		при притоке	флюида	к скважине .
В качестве лабораторных образцов использовались туфоген-
ные породы нижнего мела и верхнемеловые известняки					западной
части Крыма, реже карбонатные породы из девонских						отложе
ний Волыно-Подольской окраины Восточно-Европейской						плат
формы. Подбирались разновидности с непроницаемой					матрицей,
трещины создавались	искусственно.		Одновременно		изучалась

фильтрация в идеальных моделях аналогичной конфигурации, из

готовленных	из нержавеющей стали марки 1Х18Н9Т, с	плоско
параллельными пришлифованными щелями . Д л я наглядного со
поставления	результатов аналогичные опыты проведены	т а к ж е


на моделях поровых пород		(мелкозернистые			песчаники) .
Л а б о р а т о р н а я установка включала			камеру		высокого давления
(кернодержатель), ручной		пресс д л я	создания гидрообжима,			си
стему подачи флюидов в керн и контрольно-измерительные						при
боры с устройством д л я замера расходов жидкости и газа.
Исследуемые	образцы	помещались		в	к е р н о д е р ж а т е л ь н у ю
трубку из маслобензостойкой резины, в				которой их положение
фиксировалось	упорными	цилиндрическими			плунжерами .	Руч
ным прессом жидкость для		о б ж и м а п о д а в а л а с ь в полость за				кер -

н о д е р ж а т е л ь н ой трубкой и одновременно в гидропривод плунже

ров, чем создавалось равномерное					всестороннее		давление	р о б ж
на образец, имитирующее геостатнческое давление. Р о д а ч а								флю
ида к образцу	и	отвод после		образца		осуществлялись		через
осевые отверстия		и растекателн		в п л у н ж е р а х (к радиальным				т р е
щинам флюид	дополнительно		подводился через боковое кольцо5
из сетки галунного плетения) .
Газ на вход	в	образец подавался			из	баллона	со с ж а т ы м га
зом (давление	150 кгс/см2 ,)		а	входное		давление,	имитирующее
пластовое рал,	поддерживалось			на заданном постоянном уровне

с помощью редуктора. Подача жидкости в образец т о ж е осуще ствлялась с ж а т ы м газом через поршневой разделитель . При ра боте с жидкостью последняя, равно как образец и рабочие тру бопроводы, предварительно дегазировалась путем вакуумирова - ния. Д а в л е н и е на выходе из образца регулировалось с помощью игольчатого вентиля тонкой регулировки, посредством которого

устанавливались различные		перепады		(депрессии	Ар)	м е ж д у
давлениями — постоянным	на	входе и	регулируемым		на	выходе
образца . Д л я упрощения	опыты велись			при температуре		20° С,

так как при увеличении температуры законы фильтрации флюи

дов остаются неизменными — за		счет различной вязкости		ме
няется лишь наклон индикаторных линий.
В ходе опытов исследовались зависимости			между расходом
жидкости или газа Q и перепадом давлений Ар			(индикаторные
линии) Q=f(Ap).	П р и расчете	расходов газа	его объемы,	за

меренные при атмосферных условиях, приводились к среднему давлению в образце . Зависимости Q=f(Ap) при постоянных все стороннем и входном давлениях снимались после полной стаби* лизации потока. К а ж д а я индикаторная линия обеспечивалась обязательной проверкой точек на прямом и обратном ходах из-*

менения	Ар.	Одновременно было установлено, что	индикаторные
д и а г р а м м ы		оставались неизменными независимо	от темпа из
менения	депрессии (плавное или резкое) . Д л я к а ж д о г о исследу

емого образца снималась серия индикаторных линий при сту

пенчатом наращивании всестороннего давления, то	есть	при и з
менении эффективного давления рЭф ( в ы р а ж а ю щ е г о	превышение
геостатического давления над п л а с т о в ы м ) . Результаты		экспери

ментов с использованием жидкости и газа показаны соответст


венно на рис. 16 и 17.
Рассмотрим			вначале	вопросы, связанные с		конфигурацией
индикаторных			линий. Н а	исследуемых моделях получены разно
образные	их типы (рис.			16 и 17): искривленные к оси перепадов'
давлений,	к	оси расходов и прямолинейные. Д л я				моделей поро-
вых пород,		почти во всех			случаях, характерны	прямолиней
ные зависимости Q-f(Ap),					свидетельствующие о сохранении ли
нейного закона			фильтрации		Д а р с и . Незначительное отклонение

от прямой пропорциональности отмечено по жидкости лишь в ра диальной модели, д л я которой была характерна высокая линей-.

89.-

ная скорость фильтрации порядка 1 —10 см3 /с	(расход, отнесен
ный к площади эффективного сечения пор — Q =	f/S^).

Расход (),мл/с

Рис. 16. Индикаторн

Вообще критерием оценки существования

линейного

закона

и смены р е ж и м а д в и ж е н и я жидкости

в трубной

гидравлике

слу

ж и т число Рейнольдса,

которое

иногда вводится дл я характе

ристики

фильтрационного

по

тока в пористых и трещинных

средах. Так, Г. М. Л о м и з е [52]

на

щелях

с раскрытием

0,5—

2,5

мм д о к а з а л

существование

линейного

режима

фильтра

ции

до

значений

числа

Рей

нольдса ReK 1 )

равного 600.

Опыты

Ф.

И.

Котяхова

10. С. Мельникова [47] показа

ли,

что для

образцов

трещин

ных

пород

отклонение

от

ли

нейного

закона

фильтрации

происходит

при разных

значе

ниях числа Рейнольдса от 0,4

до 90. В монографии А. Э. Шей -

деггера

[84]

вообще

критику

ются поиски

ReK p

перехода от

ламинарного к

турбулентному

режиму фильтрации . Опреде

ления Reup могут отличаться в

750

раз, что вызвано

несостоя

тельностью

основ

теории

гид

равлического

радиуса

дл я по

ристых сред.

Д л я

упрощения

з а д а ч и было предложено поль

зоваться

значением

линейной

критической

скорости

фильтра

ции,

хотя

для

ее

определения

необходимо

знать

величину

раскрытия

трещин

или усред

ненную п л о щ а д ь эффективного

сечения пор. Обе величины за

висят от давления всесторон

него

обжима

лабораторное

их определение при перемен

ном

обжиме

весьма

сложно .

0.020,04 0,мл/с

диаграммы (по керосину]

Основные причины, влияю щие на форму индикаторных кривых, кроме изменения плот ности и вязкости флюидов, ус матриваются в изменении про ницаемости среды при ее упру гих и остаточных д е ф о р м а ц и я х

(в том числе в уменьшении просветности трещин) или в прояв

однако

вторая точка

зрения

представляется

более убедительной

лении

инерционных сопротивлений, обусловливающих смену ре

и лучше

согласуется

с данными описываемых

опытов.

ж и м а

фильтрации [53, 54, 56]. Вопрос остается дискуссионным,

Как

отмечалось,

для поровых

п о р о д ' и с к р и в л е н и е

инди

каторных линий отмечено только на радиальной модели,

причем

на нижних ступенях

о б ж и м а

(200 и

300

кгс/см 2 ),

при

которых

линейные

скорости

фильтрации

максимальны . С повышением

роШ

до 400 кгс/см2 , что соответствует

уменьшению

линейной

скорости

фильтрации вследствие

снижения

пористости

породы,

зависимость

Q = f(Ap)

становится

прямоли

нейной,

несмотря

на

улучшение

условий

для

проявления

упругих

деформаций . Поскольку в других

песчаных

моделях

одинакового

состава при сходных внешних на

пряжениях

внутренних давле

ниях линейность

фильтрации

не

нарушается, то отмеченное нару

шение не может быть объяснено

только

проявлением

упругих

остаточных деформаций . Искрив

ление

(к

осп

Ар)

индикаторных

д и а г р а м м

характерно

для

боль

шинства

случаев в трещинных об

разцах

стальных

моделях

при

фильтрации газа и примерно в по

ловине

случаев

при

фильтрации

жидкости .

Это логично

объясни

мо, если

учесть,

что

п л о щ а д ь

се

чения исследуемых трещин и ще

лей на несколько порядков ниже

эффективного сечения пор в по

ровых

образцах .

Соответст

вующее увеличение линейной ско

рости потока (при сходных объем

ных расходах)

приводит

росту

инерционных

сопротивлений

и к

отмеченному

отклонению

от

за

кона Д а реи. Собственно

искрив

ление индикаторных линий к оси

перепадов

давлений

соответству

ет известным

нелинейным

зако

нам

фильтрации

(Краснополь -

0,3 0,см3/с

ского — Ш е з и ) ,

которые

обоб

щенном

виде

в ы р а ж а ю т с я

урав

нением

Рис. 17. Индикаторные диаграммы (но.	газу).
	93

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 139 10 11 12 13 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ