Изменение коэффициента пьезопроводности модели пласта при виброволновом воздействии

 

	Параметры упругих колебаний
Насыщающая жидкость	Частота, Гц	Интенсив-	Колебатель-	Колебатель-
		ность, Вт/лг	ное ускоре-	ное смеще-
			ние, м/с2	ние, мкм
Дистиллированная вода		2,2	1,5	2,9
Нефть + остаточная вода		11,6	1,7	4,6
(26,2 %), искусственный		56,0	3,7	10,0
керн		134,0	5,7	15,6
Вода + остаточная нефть		11,0	8,2	1,9
(50 %), искусственный		46,3	16,4	1,9
керн		185,0	32,8	3,8
		417,0	49,2	5,6
		741,0	65,6	7,5
		1504,0	93,4	10,7

Продолжение табл. 3.3.1

 

 

 

Насыщающая жидкость	Пьезопроводность, 10 2м2/с	Примечания
До воздей­ствия	Под воздей­ствием	После воз­действия
Дистиллированная вода Нефть + остаточная вода (26,2 %), искусственный керн Вода + остаточная нефть (50 %), искусственный керн	9,16 3,54 2,77	10,00 3,56 2,39 2,20 3,17 2,9 2,4 1,9 1,8 0,6	11,0 4,04 4,11 4,26	Сразу после воздействия Тоже Через 2 мин

модели пласта водой с содержанием остаточной нефтяной фа­зы.

ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРНО-РЕОЛОГИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ ПЛАСТОВЫХ ЖИДКОСТЕЙ ПРИ НАЛОЖЕНИИ

КОЛЕБАНИЙ

Существует большое число месторождений с осложненны­ми условиями разработки, обусловленными повышенной вяз­костью нефтей, наличием у них неньютоновских свойств. По­добные свойства существенным образом сказываются на ха­рактере движения нефтей в пористой среде [6, 107, 108, ПО] и должны учитываться при эксплуатации месторождений и при­менении различных методов повышения эффективности их разработки.

Вопросу изучения влияния упругих колебаний на свойства неньютоновских нефтей посвящено достаточно большое число работ [14, 31, 44, 57, 75, 92, 165], из которых следует, что на­ложение упругих колебаний при определенных условиях де­формирует и разрушает внутреннюю структуру неньютонов­ских нефтей, изменяет вязкоупругие и другие свойства, опреде­ляющие их реологическое и фильтрационное поведение.

Результаты большинства осуществленных работ носят ка­чественный характер и направлены главным образом на под­тверждение эффектов влияния колебательного воздействия. Однако с точки зрения непосредственного практического ис­пользования подобных явлений и эффектов для улучшения показателей разработки скважин, достижения наибольшей технологической эффективности виброволнового воздействия необходима привязка наблюдаемых эффектов и их количест­венных выражений к областям частот и энергетическим пара­метрам упругих колебаний.

С этой целью были проведены экспериментальные лабора­торные исследования влияния полей упругих колебаний раз­личных частот и интенсивностей на релаксационные характери­стики неньютоновских жидкостей. Релаксационные характери­стики или времена релаксации характеризуют разрушение и об­разование структур в неньютоновских жидкостях и во многом определяют их реологическое поведение, например, при объем­ных и сдвиговых деформациях. По степени их изменения при наложении упругих колебаний можно оценивать характер и ре­зультативность воздействия.

Схема лабораторной установки для исследования объемной релаксации неньютоновских жидкостей в поле упругих коле­баний приведена на рис. 3.4.1.

Установка состоит из колонки высокого давления 1 с тер-мостатирующей рубашкой, гидравлического пресса 2, термо­стата 3. Для измерения давления внутри колонки служит тен-зодатчик 4, подключенный к тензометрической системе 5 типа СИИТ-3. Сигнал записывается на графопостроителе б типа Н306. Для замера уровня упругих колебаний служит пьезо­электрический датчик 7 типа ДН-3 с измерителем 8 типа ВШВ-003. Упругие колебания генерируются пакетным пьезо-излучателем 9, который через усилитель 11 типа ТУ-600 под­ключен к звуковому генератору 10 типа ГЗ-119. Для модели­рования свободного акустического поля в исследуемой среде колонка 1 зафиксирована между бетонным блоком-волноводом и излучателем 9. В отличие от работ [20-22], где для измерения давления использовались манометры с трубкой Бурдона, в данной установке для этой цели применялся тензо-

ГТТТТ

ЧХ-

10

и

НХ-

7 /

П о

□ □

Рис. 3.4.1. Схема экспериментальной установки для исследования объем­ной

релаксации неньютоновских жидкостей в поле упругих колебаний

метрический датчик с малым мембранным прогибом, что уст­раняет изменения объема системы и повышает чувствитель­ность к малым изменениям давления. При этом точность отно­сительного изменения давления можно также повысить за счет применения высокочувствительных вольтметров.

Эксперименты проводили по следующей методике. Колон­ку 1 опрессовывали воздухом и заполняли под вакуумом ис­следуемой жидкостью. Включали термостатирование, и колон­ка выдерживалась в течение 2 ч при заданной температуре. После достижения в системе равновесия с помощью пресса 2 в колонке быстро (5-10 с) поднимали давление до заданного значения и фиксировали закрытием вентиля. Одновременно включался блок временной развертки графопостроителя, и по­следующий процесс изменения давления в изолированной ко­лонке записывался на диаграмму графопостроителя. После прекращения процесса релаксации давления колонку разгру­жали до атмосферного давления и в таком состоянии система выдерживалась от 2 до 24 ч для восстановления исходного равновесного структурного состояния исследуемой жидкости.

Компьютерная обработка полученных диаграмм изменения давления позволила оценить времена объемной релаксации исследуемой жидкости.

Цикл измерений, включающий воздействие полем упругих колебаний, отличался тем, что после заполнения колонки иссле­дуемой жидкостью и достижения температурного равновесия включали излучатель, а после повышения давления в колонке, протекания процесса релаксации и разгрузки колонки поле ко­лебаний отключали. Циклы опытов проводили без колебатель­ного воздействия и при воздействии упругими колебаниями различных частот от 20 Гц до 10 кГц.

В опытах использовали нефть Мордово-Кармальского мес­торождения битумов АО "Татнефть" плотностью 937 кг/м³, вяз­костью 395 мПа-с, с содержанием парафинов 1,7 %, смол си-ликагелевых 19,6 %, асфальтенов 7,1 %. Тестирование работы установки осуществляли с использованием ньютоновской жидкости - очищенного глицерина.

Результаты исследований показали, что воздействие упру­гими колебаниями приводит к изменению времени объемной релаксации, что свидетельствует о разрушении внутренней структуры неньютоновской жидкости. Степень уменьшения времени объемной релаксации - интенсивность разрушения структуры зависит от уровня производимого колебательного

воздействия. На рис. 3.4.2 представлена кривая разрушения вязкоупругой жидкости в поле колебаний - зависимость опре­деляемого по циклу измерений времени объемной релаксации т от показателя уровня налагаемого ко­лебательного поля - вибрационного ускорения Ё,.

Увеличение параметра поля - колебательного ускорения вызывает все более заметное разрушение структуры жидкой среды, что отражается в уменьшении времени объемной релак­сации. При достижении уровня ^ порядка 10 м/с² наступает "насыщение" - дальнейший рост ^ не вызывает изменения време­ни релаксации т. Достигается достаточно полное разрушение структуры, вязкоупругие свойства среды вырождаются, жид­кая среда ведет себя как обычная ньютоновская жидкость.

Схема лабораторной установки для исследования сдвиговой релаксации неньютоновских жидкостей в поле упругих коле­баний приведена на рис. 3.4.3.

Основой установки является специально разработанный ав­томатический измеритель времени сдвиговой релаксации вяз-коупругих жидкостей 3 (АРЖ-1). Принцип работы АРЖ-1 состо­ит в быстром растяжении капли жидкости между двумя ци­линдрическими пластинами, в результате чего образуется ци­линдрическая жидкостная нить, которая утончается по экспо­ненциальному временному закону, при этом замеряется время, в течение которого толщина нити уменьшается в е = 2,718... раз.

X, С

480,	г
	э
360	\
	о
240
120	- Г---_ i i	1—О—1	о----	----- О'

8 Ю \, м/с²

Рис. 3.4.2. Кривая раз­рушения структуры неньютоновской жид­кости в поле упругих ко­лебаний

Излучатель упругих колебаний 1 жестко прикреплен через вибродатчик 4 к верхнему цилиндрическому столику блока 8 растяжения жидкости БРЖ, закрепленного на оптической ска­мье 2 АРЖ-1. Излучатель питается от звукового генератора 7 типа ГЗ-119 через усилитель б ти- па У-100. Уровень виброу-

 

 

вшв

Рис. 3.4.3. Схема экспериментальной установки для исследования сдвиго­вой

релаксации неньютоновских жидкостей в поле упругих колебаний

скорения генерируемых колебаний измеряется с помощью из­мерителя вибрации 5 типа ВШВ-003. Оптическая скамья 2 соединена с АРЖ-1. Замеряемые в процессе растяжения жид­костной нити времена сдвиговой релаксации высвечиваются на цифровом индикаторе АРЖ-1.

В опытах использовали модельную жидкость - 0,3%-ный раствор полимера DKS-ORP-40N1. Каплю исследуемой жид­кости помещали между цилиндрическими пластинами оптиче­ской скамьи АРЖ-1 и производился замер времени сдвиговой релаксации. Во избежание накопления сдвиговых поврежде­ний после каждого измерения жидкость в установке заменяли. Замеры осуществлялись как без воздействия, так и в поле уп­ругих колебаний с различными частотами и уровнями виброу­скорения.

Таблица 3.4.1

Изменение времени сдвиговой релаксации 0,3%-ного раствора полимера DKS-ORP-40N1 при воздействии упругими колебаниями

 

Частота упругих колебаний, Гц	Уровень виброускорения, м/с2	Среднее время сдвиговой релаксации,с
Без воздействия 20 950	1,0 15,0	0,78 0,62 0,66

При данной постановке результаты исследований носят ве­роятностный характер, поэтому было выполнено достаточно большое число замеров (900) и проведена их статистическая обработка.

Результаты представлены в табл. 3.4.1.

Результаты исследований свидетельствуют об уменьшении времени сдвиговой релаксации при наложении на неньюто­новскую жидкость поля упругих колебаний. В диапазоне низ­ких частот уменьшение времени релаксации наиболее значи­тельное, несмотря на низкий энергетический уровень колеба­тельного воздействия. Это свидетельствует об избирательном частотном характере процессов разрушения внутренней струк­туры неньютоновских жидкостей и существовании резонанс­ных частот, связанных с временами релаксации структур, ко­торые определяют низкие частоты наиболее эффективного ко­лебательного воздействия.