Пьезопроводность пористых сред в поле упругих колебаний

Экспериментальному исследованию влияния упругих коле­баний на коллекторские свойства пластов посвящен ряд работ [14, 44, 45, 57, 75, 95-98, 140, 163, 165, 187].

Колебательное воздействие способно приводить к развитию усталостных изменений, образованию трещин, дополнитель­ных фильтрационных каналов в массиве пористой породы, а также влиять на фильтрационные характеристики структури­рованных пластовых жидкостей, содержащих асфальтосмоли-стые и парафиновые компоненты. Вместе с тем отмечается, что для осуществления подобных изменений требуется дости­жение достаточно большой плотности колебательной энергии. При воздействии из скважины подобное реально достижимо лишь для узкой кольцевой области пласта, непосредственно прилегающей к скважине. Поэтому с точки зрения практиче­ского применения наибольший интерес для исследования представляют процессы, которые инициируются колебатель­ным воздействием в поровом пространстве при относительно небольших плотностях колебательной энергии и которые мо­гут оказывать влияние на фильтрационные характеристики дос­таточно удаленных от скважины областей призабойной зоны пласта.

Пьезопроводность является важным параметром, характе­ризующим коллекторские свойства пласта. Эта характеристика и в промысловых, и в лабораторных исследованиях достаточно чувствительно оценивается методом снятия и обработки кри­вых восстановления давления (КВД).

Экспериментальные исследования влияния виброволнового воздействия на пьезопроводность насыщенной пористой среды осуществляли на лабораторной установке, моделирующей ус­ловия свободного волнового поля в пласте (рис. 3.3.1).

Кернодержатель 15 с образцом пористой среды и закреп­ленным на его торце излучателем 14 упругих колебаний уста­навливается на фундаменте-поглотителе 20 через систему со­гласующих пластин 18. Излучатель собирается из пакета пье-зокерамических пластин. Для его питания служит звуковой генератор 11 типа ГЗ-109 с трансляционным усилителем 10 типа ТУ-600. Частота колебаний замеряется частотомером 12 типа Ф5034. Контроль параметров упруги

Рис. 3.3.1. Схема лабораторной установки для исследования пьезопроводности кернов под воздействием упругих колебаний:

1,8 - баллон с азотом; 2,6,7 - разделительные колонки; 3 - планшетный графопостроитель; 4 - тензоусилитель; 5 - тензодатчик давления; 9 - информационно-измерительная система; 10 - усилитель; 11 - задающий генератор электрических сигналов; 12 -частотомер; 13 - вибродатчик; 14 - излучатель упругих колебаний; 15 - кернодержатель; 16, 17, 19 - датчик параметров упругих колебаний; 18 - пластины согласования волновых сопротивлений; 20 - фундамент-поглотитель; В - вода; Н - нефть; N₂- газ азот; в,, в₂-вентили с постоянным объемом

гих колебаний проводится с помощью датчиков 13,16,17,19 и информационно-измерительной системы 9. Для повышения точности замеров давления на входе и выходе пористого об­разца используются тензометрические датчики давления 5, дифференциально подключенные к тензоусилителю 4, кото­рые в отличие от обычных манометров при замере давления практически не изменяют объем жидкости и не вызывают фильтрационных искажений процесса. Сигналы с тензоусили-теля выводятся на графопостроитель 3 типа Н306, на котором установлен блок временной развертки. Для задания начально­го перепада давления при снятии КВД служат разделительные колонки 2,6,7 ж баллоны с азотом 1 и 8. Чтобы не было изме­нений объема и давления при открывании и закрывании вен­тилей, в установке использовались специальные игольчатые вентили с постоянным объемом Bi и в₂ (конструкция И.А. Ту-фанова и А.П. Лысенкова).

Для проведения исследований использовали искусственные керны, изготовленные в НИИСтройкерамике. Проницаемость кернов по воздуху 0,1 мкм², пористость 31 %.

Для проведения опытов первой серии керн насыщался под вакуумом дистиллированной водой.

В ходе опытов второй серии, когда керн насыщался нефтью с остаточной водонасыщенностью, в качестве модели нефти использовалась смесь вазелинового масла с керосином вязко­стью 3,42 мПа-с и плотностью 804 кг/м³. Пористую среду предварительно насыщали под вакуумом дистиллированной водой, и осуществлялась ее фильтрация под давлением 2,0 МПа. Далее воду вытесняли моделью нефти. Остаточная свя­занная вода составила 26,2 % от объема пор. После фильтро­вания трех объемов пор модель выдерживали в течение 2 сут до завершения процессов адсорбции, затем через пористую среду фильтровали еще три объема пор нефти.

Следующую серию исследований проводили при насыще­нии искусственного керна водой с остаточной нефтью. Снача­ла осуществляли подготовку керна по методике предыдущей серии. Далее осуществляли вытеснение модели нефти водой при среднем градиенте давления 0,1 МПа/м, скорости фильт­рации 75 м/год. После прокачки трех объемов пор воды и пре­кращения вытеснения нефти коэффициент нефтевытеснения составил 50 %.

В опытах всех серий на подготовленных вышеописанным образом пористых моделях осуществляли переходные процес-

сы изменения давления при наложении упругих колебаний различных параметров. Применяли следующую методику сня­тия кривых восстановления давления.

При закрытом вентиле Bi и открытом вентиле в₂ с помощью подачи азота N₂ из баллона 8 в разделительную колонку 7 на входе пористой модели пласта создавали превышение давле­ния относительно значения статического давления в пористой среде, которое поддерживалось через буферную колонку 2 баллоном 1. Затем вентиль в₂ закрывали и быстро открывали вентиль Bi. Благодаря значительной упругости газа в колонке 7 на входе в пористую среду поддерживалось практически по­стоянное давление, соответствующее реальному процессу подпитки из пласта. С момента быстрого открытия вентиля В] давление со входа передавалось на выход пористой среды, на выходе наблюдался рост (восстановление) давления, а перепад давления между входом и выходом убывал. Кривые изменения (восстановления) давления записывались на планшетном гра­фопостроителе 20.

Кривые восстановления давления обрабатывались метода­ми Баренблатта, а также детерминированных моментов с ис­пользованием компьютера. В результате оценивали пьезопро-водность моделей пласта без виброволнового воздействия, во время наложения поля упругих колебаний и спустя опреде­ленное время после выключения воздействия.

Результаты исследований представлены в табл. 3.3.1.

Анализ результатов показывает, что степень влияния виб­роволнового воздействия на пьезопроводность пористой среды в значительной степени определяется характером насыщения и свойствами насыщающих флюидов. В случае насыщения по­ристой среды модели пласта однофазной жидкостью (дистил­лированной водой) заметного влияния наложения упругих ко­лебаний не обнаруживается.

Наличие в пористой среде модели двух фаз изменяет ре­зультаты экспериментов - становится заметным влияние упру­гого колебательного воздействия.

Так, при насыщении искусственного керна нефтью с со­держанием остаточной водной фазы наложение упругих коле­баний влияет на пьезопроводность среды в сторону либо ее увеличения, либо ее уменьшения в зависимости от режима воздействия. Наложение колебаний с низкими значениями ко­лебательного ускорения и смещения вызывает относительно небольшое повышение пьезопроводности, однако при увели-

чении данных колебательных параметров эффект меняет знак - пьезопроводность уменьшается тем сильнее, чем больше значения данных энергетических параметров налагаемого ко­лебательного поля.

Замеры пьезопроводности модели пласта после снятия поля колебаний во всех случаях показывают заметное увеличение коэффициента пьезопроводности - тем большее, чем больше была интенсивность предыдущего колебательного воздейст­вия.

Явления с аналогичным, но еще более выраженным харак­тером наблюдаются и при насыщении искусственного керна -

Таблица 3.3.1