Моделирование фильтрации жидкости при изменении проницаемости в призабойной зоне скважины Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

1. Скрынник Л. С. Экологическая безопасность водоемких процессов добычи угля в Кузбассе// В кол. монографии «Региональные проблемы перехода к устойчивому развитию: ресурсный потенциал и его рациональное использование в целях устойчивого». Институт угля и углехимии СО РАН, 2003. Том 2, С. 303-316.

2. Юкина Н.И. Разработка способа очистки загрязненных вод на основе модифицированного флокулянта и создание оборотного водоснабжения обогатительных фабрик: Дис. канд.техн.наук /Н.И. Юкина.-Барнаул., 2007 г.- 96 с. шиз

— Коротко об авторах -

Счастливцев Е.Л. - д-р техн. наук, Юкина Н.И. - канд. техн. наук, Институт угля и углехимии СО РАН.

© О.В. Тайлаков, Е.А. Уткаев, 2008

144

УДК 622.278

О.В. Тайлаков, Е.А. Уткаев

МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЛЬТРАЦИИ ЖИДКОСТИ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ПРОНИЦАЕМОСТИ В ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЕ СКВАЖИНЫ

Одной из основных проблем при дегазации угольных пластов скважинами, пробуренными с поверхности, является снижение их продуктивности, которое связанно с изменением фильтрационных характеристик угольного пласта. Наиболее существенные изменения фильтрационных свойств пласта происходят в непосредственной близости от скважин - в призабойной зоне, которая оказывает основное влияние на гидродинамику пласта. Изменения фильтрационных свойств в призабойной зоне скважины вызывают дополнительные гидравлические сопротивления, которые возникают в результате нарушения проницаемости в этой зоне, вследствие засорения пласта промывочными растворами, разбуренными частицами породы и другими веществами во время первичного вскрытия, цементирования колонны, вторичного вскрытия перфорацией и при различных ремонтах скважины. Своевременная оценка состояния призабойной зоны имеет определяющее значение при геофизических исследованиях скважин и выборе способа стимуляции пласта. В практике геофизических исследований для оценки призабойной зоны скважины принято использовать скин-фактор, который характеризует наличие скин-эффекта. Скин-эффект возникает в результате проникновения фильтрата бурового раствора или твердых частиц в призабойную зону скважины с радиусом г8, который вызывает изменение проницаемости к этой части угольного пласта по сравнению с проницаемостью в ненарушенной зоне пласта, в результате чего в призабойной зоне создается дополнительный перепад давления Др8 [1].

Скин-эффект показывает степень загрязнения призабойной зоны, но не позволяет оценить глубину проникновения твердых частиц. В связи с этим поставлена задача оценки радиуса зоны с измененной проницаемостью в лабораторных условиях. За основу оценки радиуса влияния скин-эффекта в призабойной зоне скважи-

145

ны принят закон Дюпюи, который относительно радиуса этой зоны г8 может быть представлена в виде [2, 3]:

Ар2Пкк

Г = гс ■ ехР(—:-) , (1)

где гс - радиус скважины, м; Q - расход жидкости при нагнетании, м3/сек; к - проницаемость пласта, м2; к - мощность пласта, м; л -вязкость жидкости в пластовых условиях, н-сек/м2; Ар - спад давления в течение рабочего периода, н/м2.

Для проверки процессов изменений фильтрационных свойств в призабойной зоне скважины разработана и изготовлена лабораторная установка (рис. 1), моделирующая прискважинные процессы, на основе которой исследовались механизмы изменения физических свойств в прискважинной зоне пласта. Установка (рис. 1, а) состоит из насоса 1 для нагнетания рабочей жидкости и глинистого раствора в образец, переходника 2 для подключения электронного манометра к гидравлической системе установки, электронного датчика давления 3, регистрирующего изменения давления и температуры во время теста и механизма для закрепления образцов из эквивалентных материалов (рис. 1, б). Механизм для закрепления образцов включает в себя верхнюю и нижнюю крышку 4 и стягивающие болты 5. На верхней крышке механизма установлен тройник, который соединяет в одну гидравлическую систему насос, датчик давления и образец.

Принцип действия лабораторной установки заключается в нагнетании жидкости в образец 6, который фиксируется в механизме для закрепления образцов, и ожидании спада давления после прекращения подачи флюида. Изменение давления во время теста регистрируются при помощи электронного датчика давления [4].

Полученные данные экспортируются в ПК для дальнейшей их обработки и выводятся в виде графика изменения давления и расхода воды во времени (рис. 2).

Установлено, что результат экспериментов на эквивалентных материалах более точно описывается формулой

146

Рис. 1. Лабораторная установка для физического моделирования фильтрации флюида в пласт и оценки радиуса влияния скин-эффекта: а - лабораторная установка в сборе; б - механизм для закрепления образцов из эквивалентных материалов; 1 -нагнетатель; 2 - переходник; 3 - датчик давления; 4 - верхняя и нижняя крышка; 5 - стягивающие болты; 6 - образец

с

к

е;

™ 160

«I

ее.

и

асход водь

Изменение

давлени

ОООООООО ООО о, аао-^со

-а

Ч о я

ч о

х

-0.0520 ^

0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15

Время, час

0.18 0.21

Рис. 2. Динамика изменения давления и расхода флюида в образце из пенопласта с измененной проницаемостью

\p 2nhk

r = r ■ exp(— • ), (2)

s c a Q^

где a - безразмерный коэффициент; Aps - перепад давления в зоне с нарушенной проницаемостью, н/м2.

Радиус влияния скин-эффекта на образце из эквивалентного материала, рассчитанный по предложенной формуле, составляет rs = 8 мм и соответствует средним значениям, полученных в результате прямых измерений rs = 8,66±0,35 мм.

Уточненная формула применялась для оценки проницаемости и изменения свойств прискважинной зоны в условиях Талдинского месторождения Кузбасса с использованием комплекта геофизического оборудования, включающего электронный манометр Kuster, устройство герметизации скважин Baker Oil Tools и программное обеспечение Fekete для обработки результатов измерений. Установлено, что радиус скин-эффекта в проведенных измерениях в натурных условиях составляет 0,9 м.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мищевич В. И. Гидродинамические исследования поглощающих пластов и методы их изоляции. - М.: Недра, 1974 - 208 с.

2. Ножкин Н.В. Заблаговременная дегазация угольных месторождений. -М.: Недра, 1979 - 271 с.

3. Булатов А.И., Качмар Ю.Д., Макаренко П.П., Яремчук Р.С. Освоение скважин: Справочное пособие. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999 - 472 с.

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

— Коротко об авторах -

Тайлаков О. В. - д-р техн. наук, Уткаев Е.А.,

Институт угля и углехимии СО РАН.

Д

149