Научная статья на тему 'Физическое моделирование фильтрации флюида в угольном пласте для оценки радиуса скин-эффекта'

Физическое моделирование фильтрации флюида в угольном пласте для оценки радиуса скин-эффекта Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
91
18
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА / FILTRATION PROPERTIES / УГОЛЬНЫЙ ПЛАСТ / COAL SEAM / СКИН-ЭФФЕКТ / SKIN EFFECT / SKIN-FACTOR / BOTTOMHOLE ZONE / ПРОНИЦАЕМОСТЬ / PERMEABILITY / HYDRAULIC SEAM FRACTURING / ИНЖЕКЦИОННЫЙ ТЕСТ / INJECTION TESTS / ПРИСКВАЖИННАЯ ЗОНА

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Тайлаков Олег Владимирович, Уткаев Евгений Александрович, Застрелов Денис Николаевич, Смыслов Алексей Игоревич

Представлено описание подхода к оценке фильтрационных свойств призабойной зоны скважины на основе физического моделирования на эквивалентных материалах. В исследованиях использован инжекционный тест. Приводятся результаты лабораторных и натурных измерений.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Тайлаков Олег Владимирович, Уткаев Евгений Александрович, Застрелов Денис Николаевич, Смыслов Алексей Игоревич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PHYSICAL MODELING OF THE FLUID FILTRATION IN COAL SEAM FOR THE ASSESSMENT OF SKIN-ZONE RADIUS

The paper describes an approach to evaluating the filtration properties of the wellbore skin zone based on the physical modeling with equivalent materials. The study used an injection fall-off test. The results of laboratory and field measurements are presented.

Текст научной работы на тему «Физическое моделирование фильтрации флюида в угольном пласте для оценки радиуса скин-эффекта»

© О.В. Тайлаков, Е.А. Уткаев, Д.Н. Застрелов, А.И. Смыслов, 2013

УДК 622.278

О.В. Тайлаков, Е.А. Уткаев, Д.Н. Застрелов, А.И. Смыслов

ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЛЬТРАЦИИ ФЛЮИДА В УГОЛЬНОМ ПЛАСТЕ ДЛЯ ОЦЕНКИ РАДИУСА СКИН-ЭФФЕКТА

Представлено описание подхода к оценке фильтрационных свойств при-забойной зоны скважины на основе физического моделирования на эквивалентных материалах. В исследованиях использован инжекционный тест. Приводятся результаты лабораторных и натурных измерений. Ключевые слова: угольный пласт, фильтрационные свойства, проницаемость, скин-эффект, прискважинная зона, инжекционный тест.

При заблаговременной дегазации угольных пластов продуктивность скважин может снижаться в связи с флуктуациями фильтрационных характеристик углепородного массива, вызванных проникновением промывочного раствора и разбуренных частиц породы в трещинно-поровую структуру прискважинной зоны. Для оценивания радиуса этой зоны (скин-эффекта) необходимо учитывать воздействие отдельных горно-геологических (пористость и мощность пласта) и технологических (поток и вязкость рабочей жидкости) факторов на изменения ее проницаемости [1-3]. Поставлена задача разработки и исследования физической модели фильтрации флюида в угольном пласте для определения геометрических размеров области с измененными фильтрационными характеристиками.

Для проведения исследований в лабораторных условиях разработана и изготовлена установка, принцип действия которой заключается в нагнетании жидкости в образец, размещенный в механизме для его закрепления, и регистрации снижения давления электронным автономным манометром после прекращения подачи флюида. Натурные исследования выполнены на Талдинском угольном месторождении Кузбасса. Моделирование проводилось на образцах из эквивалентного материала (обожженной глины и газонаполненных пластмасс), выбор типа

и параметров которого основывался на условиях подобия. Для угольных пластов Талдинского месторождения суммарной мощностью 5,3 м, пробуренной скважины радиусом 0,128 м, радиуса контура питания скважины 8 м с масштабом 1:16 выбраны геометрические размеры лабораторного образца: собственный радиус 0,05-0,07 м, высота 0,3-0,4 м, радиус модельной скважины 3,5-10-3-4,0-10-3 м.

Гидродинамическое подобие при физическом моделировании обеспечивалось выполнением условия равенства чисел Рейнольдса [4, 5] для модели Нем и натуры Нен

Ке^. (1)

т' ^

где W - скорость фильтрации; к - коэффициент проницаемости пласта; р - плотность жидкости; т - коэффициент пористости; ^ - коэффициент динамической вязкости жидкости. При этом свойства материалов при моделировании выбирались из условия Яен = Яем с учетом (1) на основе формулы

№нл[КРН = ^мл/КРм = Ке (2)

тн1'5К тм1'5Мм

Коэффициент проницаемости образцов из обожженной глины и газонаполненных пластмасс составил 28,8 и 3,8 мДа. При сравнении условий натуры (3,6 мДа для условий Талдин-ского месторождения) и образцов с учетом условий подобия установлено, что числа Рейнольдса для эквивалентных материалов из газонаполненных пластмасс Нем = 2,5-10-3, а для натурных условий Ивн = 2,8-10-3. Таким образом, коэффициент подобия равен 1,13.

С использованием выбранных материалов с заданными геометрическими размерами проведены лабораторные и натурные эксперименты, результаты которых использовались для сопоставительного анализа фильтрационных свойств искусственных материалов и угольных пластов. Лабораторные исследования изменений фильтрационных свойств в призабойной зоне скважины на образцах из эквивалентных материалов включали этапы тестирования чистого образца Р1 (рисунок), кольматации призабойной зоны скважины, тестирования образца с измененной проницаемостью Р2, оценки нарушения в

Изменение давления флюида Р во времени Т в образце из газонаполненных пластмасс с естественной (Рх) и искусственно измененной проницаемостью (Р2)

прямых геометрических измерениях и аналитически с использованием полученных экспериментальных данных.

Для оценки радиуса влияния скин-эффекта по окончании исследований образец извлекался из установки и проводилась его декомпозиция. Для определения геометрических размеров зоны проникновения флюида и дисперсной фазы кольматации призабойной зоны скважины образца применялись оптические системы.

На основе анализа полученных экспериментальных данных предложено оценивать радиус зоны с измененной проницаемостью с использованием уточненной формулы [6]

ЛРс - Р* ) 2лкк Г = Гс • ехр( с . ^ , (3)

где рс, ря - забойное давление и давление на границе влияния скин-эффекта; 1 - безразмерный коэффициент, который определяется с учетом скорости изменения давления в начальный момент времени после прекращения подачи жидкости при проведении гидродинамических исследований. Выполненные по формуле (3) расчеты радиуса влияния скин-эффекта в образце из эквивалентного материала (г5 = 9 мм) показали удовлетворительную сходимость с результатами геометрических измерений при физическом моделировании (г3 = 8,66 ± 0,71 мм).

Уточненная расчетная формула (3) использовалась для оценивания фильтрационных свойств угольных пластов и вмещающих пород в условиях буровой площадки скважины №16244 Ерунаковского геолого-экономического района Талдинского угольного месторождении. Исследования проводились с применением инжекционного теста. Для проведения теста устройство герметизации скважины было установлено на глубине 655 м. Изменение давления и температуры во время теста регистрировалось с помощью электронного манометра. Затем был подключен буровой насос для нагнетания флюида в пласт с минимальным расходом. Далее скважина была изолирована для регистрации падения давления после прекращения подачи жидкости. На основе компьютерной обработки полученных данных по квазилинейному участку кривой падения давления флюида в скважине были определены давление на границе влияния скин-эффекта р$ = 7992,75 кПа, коэффициент 1 = 0,05 и выполнен расчет радиуса влияния скин-эффекта, который составил г$ = 0,38 м.

Предложенный подход предполагается в дальнейшем развить для моделирования режимов фильтрации флюидов и определения границ зоны кольматации горизонтальных дегазационных скважин, пробуренных в угольный пласт из горных выработок.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Малышев Ю.Н., Худин Ю.Л., Васильчук М.П. и др. Проблемы разработки метаноносных пластов в Кузнецком угольном бассейне. - М.: Издательство Академии горных наук, 1997 - 463 с.

2. Малышев Ю.Н., Трубецкой К.Н., Айруни А.Е. Фундаментально прикладные методы решения проблемы метана угольных пластов. - М.: Издательство Академии горных наук, 2000 - 519 с.

3. Михайлов Н.Н. Изменение физических свойств горных пород в околоскважинных зонах. - М.: Недра, 1987. - 152 с.

4. Басниев К.С., Дмитриев Н.М., Розенберг Г. Д. Нефтегазовая гидромеханика. - М.: 2003, - 479 с.

5. Басниев К.С., Кочина И.Н., Максимов В.М. Подземная гидромеханика. - М.: Недра, 1993. - 416 с.

6. Coalbed Methane Reservoir Engineering: Published by Gas Research Institute Chicago, Illinois, U.S.A., 1996. 520 pp. Ш

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Тайлаков Олег Владимирович - доктор технических наук, профессор, зав. лабораторией, Tailakov@uqlemetan.ru,

Уткаев Евгений Александрович - кандидат технических наук, младший научный сотрудник, utkaev@uqlemetan.ru,

Застрелов Денис Николаевич - кандидат технических наук, научный сотрудник, zastrelov@uglemetan.ru,

Смыслов Алексей Игоревич - младший научный сотрудник, smyslov@uglemetan.ru

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт угля Сибирского отделения Российской академии наук.

А

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.