CC BY
40
УДК 622.278 Е.А. Уткаев
О ФИЗИЧЕСКОМ МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОЦЕССА ФИЛЬТРАЦИИ ЖИДКОСТИ В ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЕ СКВАЖИНЫ НА ОСНОВЕ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Представлено описание метода оценки фильтрационных свойств в присква-жинной зоне угольного пласта на основе физического моделирования с использованием эквивалентных материалов. Уточнена формула для оценки проницаемости и изменения фильтрационных свойств прискважинной зоны в условиях Талдинского месторождения Кузбасса.
Ключевые слова: фильтрационные свойства угольного пласта, скин-эффект, призабойная зона скважины, радиус влияния скин-эффекта.
Для оценки фильтрационных свойств угольного пласта в практике геофизических исследований, как правило, используют лабораторные и полевые методы исследований. Лабораторные методы основаны на регистрации параметров фильтрации при насыщении, осушении, капиллярной пропитке и инфильтрации в образцах пород и эквивалентных материалах. Полевые методы определения фильтрационных свойств проводятся как в водоносных, так и в не водоносных пластах. Наиболее полная и достоверная информация получается при проведении полевых методов исследования, которые включают в себя геофизические, гидродинамические, отбор керна, глубинное фотографирование и др. методы исследования скважин.
Среди этих методов распространенными и надежными являются гидродинамические методы исследования скважин, которые основаны на отслеживании снижения или подъемом уровня жидкости до статического уровня после ее долива или отбора из скважины, а также по регистрации скорости фильтрации жидкости при кратковременных установившихся отборах или нагнетаниях флюида в поглощающий пласт при его герметизации. На основе этих методов можно получить общую информацию о состоянии призабойной зоны скважины (проницаемость, скин-фактор, емкостной коэффициент и др.), но они не позволяют проследить процесс фильтрации жидкости и твердых частиц в угольный пласт и образования зоны с нарушенной проницаемостью - 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 характеризует степень загрязнения этой зоны, но не позволяет оценить глубину проникновения твердых частиц. Радиус скин-эффекта в призабойной зоне скважины можно определить как [2, 3]
Ар 2жИк!!
Г = гс • е ^ ,
где гс - радиус скважины, м; ^ - расход жидкости при нагнетании, м3/сек; к - проницаемость пласта, м2; И - мощность пласта, м; л -вязкость жидкости в пластовых условиях, н-сек/м2; Ар - спад давления в течение рабочего периода, н/м2.
Для исследования изменений фильтрационных свойств в призабойной зоне скважины разработана и изготовлена лабораторная установка, которая позволяет на основе моделирования проследить за изменениями физических свойств в прискважинной зоне пласта с использованием эквивалентных материалов и оценить степень загрязнения этой зоны.
Принцип действия лабораторной установки заключается в нагнетании жидкости в образец 5 (рис. 1), который фиксируется в механизме для закрепления образцов 2, и ожидании спада давления после прекращения подачи флюида. После чего образец извлекается из установки для дальнейших исследований. Изменение давления во время теста регистрируются при помощи электронного датчика давления 4. Для подготовки лабораторной установки к работе, переходник 3, который представляет собой полый цилиндр и используется в качестве буферной трубки, присоединяется к электронному манометру и заполняется водой.
Затем переходник при помощи металлической трубки подсоединяется к механизму для закрепления образцов уже с установленным образцом и также заполняется водой. Для герметичного соединения на поверхность крышек и образца наносится герметик. После этого подсоединяется нагнетатель 1, с рабочей жидкостью, который представляет собой механический насос, с обратным клапаном позволяющий держать давление в системе.
Рис. 1. Схема лабораторной установки для физического моделирования фильтрации флюида в пласт и оценки радиуса влияния скин-эффекта: 1 - нагнетатель; 2 - механизм для закрепления образцов из эквивалентных материалов; 3 - переходник; 4 - датчик давления; 5 - образец
В качестве рабочей жидкости используется слегка подкрашенная вода - для определения фильтрационных свойств образца и глинистый раствор - для загрязнения образца.
После проведения лабораторных исследований от системы отключается датчик давления для экспорта данных из него. В случае если данные по каким либо причинам повреждены или отсутствуют проводится повторное тестирование образца, если же данные экспортированы успешно образец извлекается из установки для дальнейших исследований.
Полученные данные экспортируются на ПК для дальнейшей их обработки и выводятся в виде кривой давления и расхода воды в течение времени.
В результате проведенных исследований установлено, что расчетные и практические значения имеют расхождения. Установлено, что результаты экспериментов на эквивалентных материалах более точно описываются измененной формулой, которая имеет вид
Ар 2жhks
г = г ■ ехр(—----------—),
5 с а Q|u
где а - безразмерный коэффициент; Арк - 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, который близок результатам прямых измерений и составляет 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 поглощаюшдх 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. ЕШ
Utkaev E.A
ABOUT PHYSICAL IMITA TION OF LIQUID FIL TRA TION PROCESSES IN A BOTTOMHOLE ZONE BY EMPLOYING EQUIVALENT MATERIALS
The paper displays the description of the method to assess coal seam filtration properties in a bottomhole zone by means of physical imitation and use of equivalent materials. The evaluation function ofpermeability and filtration properties change in a bottomhole zone was specified under conditions of Taldinskii coal deposit in Kuzbass.
Key words: filtration properties of then coal seam, a skin effect, a bottomhole zone, a skin effect radius of influence.
Коротко об авторе ___________________________________________
Уткаев Евгений Александрович - младший научный сотрудник, Учреждение Российской академии наук Институт угля и углехимии СО РАН, E-mail: e.utkaev@kemsc.ru
