Анализ гидродинамического воздействия на призабойную зону пласта Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies 3 (2012 5) 258-262 УДК 622. 276

Анализ гидродинамического воздействия на призабойную зону пласта

В.И. Марьянчик*, А.В. Минеев

Сибирский федеральный университет Институт нефти и газа Россия 660041, Красноярск, пр. Свободный, 82, стр. 61

Received 13.08.2012, received in revised form 20.08.2012, accepted 27.08.2012

Статья посвящена решению актуальной задачи по повышению эффективности гидродинамического воздействия на призабойную зону пласта с целью увеличения притока нефти к скважине.

Рассмотрены процесс распространения гидравлического импульса в нефтяном коллекторе и условие, при котором воздействие гидравлических импульсов на призабойную зону пласта будет эффективным. При этом учитываются физические особенности нефтяного коллектора и технологические параметры работы гидродинамического пульсатора давления.

Ключевые слова: скважина, дебит, проницаемость, гидравлический импульс, кольматация, депрессия, репрессия.

Введение

В процессе первичного вскрытия продуктивных пластов в условиях репрессии происходит ухудшение коллекторских свойств призабойной зоны пласта (ПЗП) вследствие кольматации его твердыми частицами. Это снижает добычные возможности скважин, увеличивает сроки ее испытания и освоения.

Снижение уровня свабированием, воздействие на пласты переменными давлениями репрессия-депрессия, соляно-кислотные обработки недостаточно эффективны, так как носят статический характер с приложением минимальных энергий одностороннего направления

Технология интенсификации притоков углеводородов гидравлическими импульсами высоких энергий (ГИВЭ) обеспечивает большую амплитуду и частоту приложения гидравлических сил переменного направления на частицы кольматанта в условиях репрессии-депрессии с преобладанием величины депрессии над репрессией, то есть с преимущественным направлением давления из пласта в скважину. Таким образом, на кольматант воздействуют высокой энергией, что способствует движению твердых частиц по фильтрационным каналам в скважину, очистке от них ПЗП, увеличению проницаемости ПЗП и производительности скважин.

ГИВЭ может применяться и с прямо противоположной целью - для уменьшения проницаемости ПЗП, например, при консервации продуктивного пласта, установке раздельных экранов

* Corresponding author E-mail address: maryanchikvi@mail.ru

1 © Siberian Federal University. All rights reserved

в интервалах газоводонефтяных контактов, а такжи при изоляции интервалов, поглощающих буровой раствор пластов во время бурения скважины. Для достижения этих целей применяют тампонажные смеси с инертными или карбонатными наполнителями.

Анализ гидродинамического воздействия

Продуктивния зкиижь (коллектор), представляющси собой газожидкостную двухфазную среду, находящуюся в упрагом соитоянии с иормобарических условиях пласта, слоистл, при этом каждый слой имеет свою чиятону (не линейная система).

В коллекторе постоянно идут незатихающие колебания, поддерживаемые велшними источниками энергии (солнечно-лунные приливы, удаленные землетрисениа и и.д.).

Совокупность направлений, в кокорых распространяется поле упру гих еолебаний, определяется направляющими свойстваме ко ллектори, в чакуности, его расчлененностью, а его затухание - резонансными свойствами иаждого елоя.

Гидродинсмический пульсатор довления предноуначен доя обработки ПЗП с целью увеличения притока углеводородов к скважине, исключительной особенностью которого является возможность регулирования параметрав обработки, то есть изменение амплитуды и частоты гидравлических ирпульоов [1].

Рассмотрим взаимоовязь ампли^ды и частоеыс точки ярения оптимизации пораметров гидроимпульсного воздействия на ПЗП и получим соответствующий критерий их выбора.

Оценим вначале градиенс давления, создаваемый распространяющейся продольной волной

V? = ^ (1)

Х/4 С ’

где X - длина волны нагрузки; Дн> - амплитуда волны нагрузки;р- час тота создаваемых еидрав-лических импулйсов; Н -о скоросты пвуко в жидкости.

Считая жидкооть ньютоновской, воспольз^мси уравнением Гягена-Пуазейля для распре а деления скорости течения флюида в каппиляр е:

^г) = 4Л ' <°г2 _ го) • Гр, (2)

4*Л

где г - расстояние от оси капилляра; Го - радиус капиллярна; ц - динамическая вязкость;

Касательно е напряжение на стенке капилляра определяется соотношением Ньютона ду

Т0=^дТ е

откуда, используя (2), получаем

т0 = ТГ • ^р:. (3)

Из (3) видно, что величина т0 для каждого отдельного капилляра будет определяться прежде всего его радиусом, так как градиент давления в любом элементарном физическом объеме постоянен. Представительство капилляров разлвчного радикс а в указанном элементарном (физическом объеме определяется видом функции плотности распределения капилляров зо радиусам ОД, которая является наибовсе важной характеристикой коллеаторл. Для дальнейших оценок будсмиспользовата среднее значение родиула порочых каналов коллектора

< г >= лач0 г • /(г) • йг.

Соответственно, на осконании (3) получае м выражение для средней величины касательных напряжений на стенках капилляров в среде:

< г>

С о >= н__ • ур. (4)

Для того чтобы на стенкне капиаляров произошло разрлшение поверхностнаоо слая, образованного отложением кольматантов, неоЯходямо выполнить условие.

С т >> 5 , (5)

где 5 - предел прочно сти кольматакта на слвиг.

Используя (С) и (4-), из (5) поллчакм критерий эффективности гидроимпульсного воздействия

і^гу? * о^" ас ———. (6)

К 7 2-ПгЛ 7

Полученный результае носит' качественный характер, поскольку не учитывает некоторых особенностей процесса - нткример, вида функции И(г), внзможной анизотропии пространственной ориентации проводящих каналов, зависимость от координаты величины 3 = 5(Х). Однако он отражает принципиально важный момент взкимолвязи амплитуды и чкетокы в достижкнии эффекта при реализации гидравлических импульсов в насыщенной пористой среде. Критерий (6) показывает, что для: разрушения кольматирующих отложений на позеехности поро-вого пространства коллектора необходимо, чтобі>з произведение ампаитнды зидроимскльзоа на частоту превысило не котараю предельную вкличину, которвя опредеаязтся прежде всего прочностной х рак ристикой к льматант (прочно ю на сдвиг 5), а также св йствами пластового флюида (скорости звука в нем С) и структуры порового пространства (плотность распределения пороеых каналов пз радиусам ґ(г)).

Однако эиергия, передаваемая в среду при прохождении во лновых импдаьсов, пропорциональна

Е~(Ар •/)2Е~Ар •/2 . (7)

И очевидно, что кольматант нзчкот разрушаться, когда энерговложениа прекысит некоторый рубеж Е. Однлко собственно эненеетичкское рассмотрение не дткт пока возможности установить численное; значение крите рия Е, таз как требует цалого ряда предположений о характере диссипации энергии, о величинах констант термоупругих напряжений и т.д.

Интересно оценить характерный диапазон значиниН критерия (6):

К = (8)

2-<г>

Прочность на сдвиг глины со ставляет величину порядка 1С3 Па, а для бдро вого растаора она существенно ниже - Ю Па [Н, то асть будем считать, что 5 лежит е пределах

10 Па< 5 <103 Па. (9)

Диапазон изменения среднего радиуса капилляров в поровых коллекторах от 10-2 мкм до 103 мкм [2], или среднего раскрытия трещин в случае трещиноватого коллектора 10-2 мкм до 10 мм [3], весьма широк:

10'2 мкм < < г > <103 мкм. (10)

В результате, принимая в качестве скорости звука в пластовом флюиде величину С = 103 м/с,

получаем

106 Па • Гц < К <1012 Па • Гц. (11)

Или, используя более привычную размерность атм = 105 Па,

10 атм • Гц < К < 107 атм • Г ц. (12)

Заключение

Соотношение (12) позволяет заключить, что гидродинамическая обработка ПЗП может быть эффективной лишь для крупнопоровых коллекторов (в частности для трещиноватых) либо на стадии освоения, когда кольматирующие отложения представлены буровым раствором со сравнительно низкой сдвиговой прочностью. Это связанно с тем, что технологические особенности процесса устанавливают следующие границы параметров гидроимпульсного воздействия:

Др < 10 атм; / < 102 Г ц.

Следовательно, практический важный диапазон параметра К будет представлен областью вблизи левой границы неравенства (12):

10 атм • Гц < К < 103 атм • Г ц. (13)

Список литературы

[1] Марьянчик В. И. А. с. 2008128101 (1972) // Б. И. 1973. № 11.

[2] Оркин К. Г., Кучинский П. К. Физика нефтяного пласта. М.: Гостоптехиздат, 1955.

[3] Еременко Н. А. Справочник по геологии нефти и газа. М.: Недра, 1984.

Analisys of Hydrodinamic Processing for Wellbottom Zone

Vladimir I. Maryanchik and Aleksandr V. Mineev

Siberian Federal University Oil and Gas Institute building 6, 82 Svobodny Str., Krasnoyarsk, 660041 Russia

The article is devoted to solving the actual problem to improve the efficiency ofthe hydrodynamic effects on the bottom zone of the reservoir, to increase the flow of oil to the well. Considering the spread of momentum in the oil hydraulic reservoir and the condition under which the impact of hydraulic pulse of the bottomhole formation zone will be effective. This takes into account the physical characteristics of the oil reservoir and process parameters of the hydrodynamic pressure pulsator.

Keywords: well, flow rate, permeability, hydraulic impulse colmatation, depression, repression.