Ж опыт
А.М. ПЕТРАКОВ к. т.н. (ИПНГРАН)
Табл. 1. Средние значения градиентов давления по первым двум зонам
ОСОБЕННОСТИ
ПРОЦЕССА
ФИЛЬТРАЦИИ
ГЕЛЕОБРАЗУЮЩИХ
РАСТВОРОВ
В ПОРИСТОЙ СРЕДЕ
Использование силикагелей (в различных работах упоминаемых как жидкое стекло, силикатный гель или силикис-лотный гель) для водоизоляцион-ных работ при разработке нефтяных месторождений нашей страны началось в 30 — 40-х годах прошлого столетия, однако процесс гелеобразования и последующей фильтрации воды в пористой среде изучен не полностью.
Из практики известно, что применение композиций химреагентов с близкими физико-химическими свойствами, в частности, с одинаковым водоизолирующими свойствами, в реальных пластовых условиях не приводит к однозначному положительному эффекту. Эффективное применение композиций химреагентов, в том числе гелеобразующих растворов на основе жидкого стекла (ГОР) с целью выравнивания профиля приемистости и изоляции притока подошвенной воды в конкретных промысловых условиях, должно базироваться на соответствующих лабораторных исследованиях фильтрационных характеристик в условиях, близких к пластовым.
Экспериментальные исследования особенностей процесса фильтрации гелеобразующих растворов в пористой среде проводились непосредственно автором и частично представлены в /1/. Ниже приводится более полный анализ полученных результатов.
Фильтрационные исследования, проведенные на специальной установке для изучения фильтрационных особенностей композиций различных химреагентов, были направлены на изучение характера изменения проницаемости пористой среды после закачки в нее ГОР.
Подготовка и проведение экспериментов осуществлялось согласно общепринятым методикам при постоянном перепаде давления на моделях пласта, заполненных кварцевым песком с проницаемостью от 0,2 до 10 мкм-'. Выбор кварцевого песка в качестве пористой среды обусловлен незначительным влиянием состава породы на адсорбцию силиката натрия.
Приготовление гелеобразующих растворов и исследование их физико-химических и реологических свойств изложено в /1, 2/ и других работах.
Фильтрация модели пресной воды (0,19 г/л АШ, ¡опыпш = 70 "С) через модели пласта после образования ГОР производилось при градиентах давления от нуля до 100-130 атм/м. Дискретность измерений и их количество соответствовали задачам эксперимента, в частности, для установления давления прорыва геля измерение скорости фильтрации при заданных перепадах давления производили с шагом, достаточным для фиксирования резкого увеличения расхода фильтрующейся жидкости.
Группа образцов Низкопроницаемые 0,2 мкм7 Высокопроницаемые 10 мкм*
Средний градиент давления я стабильной зоне, атм/м 10,6 6.35
Средний градиенг давления в зоне частичного разрушения, атм/м 26.0 17.8
36
Динамика изменения водопроницаемости для низко- и высокопроницаемых образцов пористой среды после закачки и выдержки ГОР в зависимости от приложенного градиента давления показаны на рис. 1 и 2. Проведенные эксперименты показали, что образование силикатных гелей в пористой среде приводит к снижению водопроницаемости (коэффициент изоляции) до нескольких сотен и тысяч раз, при этом коэффициент изоляции (Киз) в конце опытов (при градиенте давления порядка 100 атм/м) составлял от 1,5 до 2,32 д.ед.
При анализе обобщенных зависимостей изменения проницаемости от действующего градиента давления для низко- и высокопроницаемых образцов пористой среды (рис. 3) получено, что при фильтрации воды после образования силикатного геля в пористой среде может быть выделено 3 характерных зоны, условно названные следующим образом:
— 1 зона — зона стабильного геля;
— 2 зона — зона частичного разрушения геля;
— 3 зона — зона выноса геля.
После образования геля в пределах 1-й зоны происходит резкое снижение первоначальной водопроницаемости пористой среды и плавное её повышение до 3 — 5% от первоначальной водопроницаемости. Зона 2 характеризуется более интенсивным увеличением водопроницаемости до уровня 5 — 10% от начальной величины. В 3-й зоне наблюдается прогрессирующее нарастание водопроницаемости.
На основании анализа результатов фильтрационных исследова-
11 2003
опыт Ж
ний было получено, что в стабильной зоне градиент давления находится в пределах от 4,2 до 15 атм/м, в зоне частичного разрушения (зона 2) градиент давления изменяется от 9.5 до 35 атм/м. Если выделить отдельно результаты, полученные по высоко- и низкопроницаемым образцам, то в этом случае средние значения градиентов давления по первым двум зонам будут следующими (табл. 1):
Из представленных в таблице данных видно, что для низкопроницаемых моделей значения градиента давления в стабильной зоне и зоне частичного разрушения выше, чем для высокопроницаемых. Подобная тенденция наблюдается и при анализе зависимости коэффициента изоляции Киз от градиента давления, представленной на рис 4. Кроме того, необходимо отметить, что в области небольших градиентов давления снижение водопроницаемости в высокопроницаемых образцах носит более интенсивный характер, чем в низкопроницаемых.
Объяснение подобного изменения Киз для пористых сред разной проницаемости может быть следующим. Для высокопроницаемых пористых сред характерно наличие пор различной величины. Поэтому, с увеличением градиента давления в пористой среде с первоначальной высокой проницаемостью, фильтрация воды (после образования геля) начинается в самых больших порах, в результате чего происходит более резкое, чем в низкопроницаемой пористой среде, снижение коэффициента изоляции.
Проведенные экспериментальные исследования дают основание сформулировать нижеследующие особенности фильтрации гелеоб-разующих растворов в пористой среде.
При закачке в модель пласта ГОР вытесняет находящуюся там воду и заполняет собой поровое пространство, при выдержке образуя в нем СГ. Этот гель представляет собой низкопроницаемую для воды неподвижную матрицу, способную передавать импульс давления своей гидродинамически связанной структурой. В 1-й зоне вода фильтруется через неподвижную матрицу, не разрушая ее. При этом проницаемость в этой области является функцией как прочностных свойств геля, так и структуры и проницаемости са-
»-
?0 80 90 100 Градиемтдаелония ,ам т/м
30 40 50 60 70 80 90 Г радион I давлом ия .атм /м
К из.д ©д.
ииэкопроницасм ын 02м км1
\\ > - 100Х6х
Й
^ XV ВЫ СОКОПРОИИЦООМ Ы Й Юм I
100 120 Грэдиом т давления, атм /м
40 50 60
Расстояние от скваж ины.м
Рис.1.
Зависимость изменения давления в призабойной зоне нагнетательной скважине до и после обработки ГОР при оторочке!О м
Рис. 2.
Зависимость проницаемости от градиента давления при прокачке воды после ГОР на моделях
с проницаемостью 10мкм?
Рис. 3. Обобщенная зависимость проницаемости от градиента давления при прокачке воды после ГОР
Рис. 4.
Зависимость коэффициента изоляции Киз от градиента давления
Рис. 5.
Зависимость
изменения
давления в
призабойной
зоне
нагнетательной скважине до и после
обработки ГОР в радиусе 15 м
5 140
5»
I 100
I » «
I 60
I
а
С 20
Н-1-1-1-
90 100 ПО 120 130 Градиеитдавлсния.атм /м
0.19бм км}
11 2003
37
Ж опыт
Рис. 6.
Зависимость 3|
изменения
давления в я
призабойной зоне с 3
нагнетательной 2
скважине до и ® 29
после обработки *
ГОР при ® 28
оторочкеЮ м ■
а 27 26 25
О 10 20 30 40 SO
Расстояние от скваж ины ,м
мой пористой среды. С повышением градиента давления появляется область (зона 2), в которой вода начинает разрушать матрицу СГ в первую очередь в крупных порах, причем продолжительная фильтрация при одном и том же градиенте давления не приводит к дальнейшей потере водоизолирующих свойств СГ. В области достаточно больших градиентов давления гель полностью теряет свою механическую прочность во всем объеме порового пространства, приобретая при этом свойства вязко-упругой жидкости, и вода вымывает сгустки разрушенного геля из порового пространства, за исключением самых мелких и тупиковых пор (зона 3).
Зависимость Киз от градиента давления (рис. 4) дает основание сделать вывод о том, что для достижения наибольших коэффициентов изоляции и повышения эффективности водоизоляционных работ закачка ГОР должна осуществляться с последующей за-
качкой достаточного количества воды с целью проталкивания геля в область как можно меньших градиентов давления, то есть вглубь пласта.
В качестве примера рассмотрим зависимость изменения давления в призабойной зоне нагнетательной скважины до и после закачки ГОР. Для расчетов была использована известная формула Дюпюи, описывающая характер радиальной фильтрации в призабойной зоне скважины. При этом давление на забое нагнетательной скважины принималось равным 30 МПа, на контуре питания — 25 МПа, толщина пласта — 1 м, радиус скважины — 0,1 м. При расчете изменения давления до закачки ГОР начальная проницаемость принималась равной 1 мкм2.
Степень снижения проницаемости по мере удаления от стенки скважины выбиралась из соображений незначительного разрушения геля в области повышенных градиентов давления на первых
метрах и снижения прочности геля в самой удаленной зоне в результате уменьшения концентрации рабочих агентов из-за разбавления и адсорбции.
На основании проведенных расчетов, проиллюстрированных на рис. 5, получено, что общее падение давления до закачки ГОР на расстоянии 15 м от скважины составляет 4,0 МПа/м, то есть усредненный градиент давления равняется 0,26 МПа/м. После закачки ГОР и образования геля поле давления несколько изменяется и значение среднего градиента снижается до величины 0,24 атм/м, N которая не превышает значения градиента давления, равного 0,63 МПа/м для зоны стабильного геля. В этом случае коэффициент изоляции может быть рассчитан в соответствии с формулой для высокопроницаемых про-пластков (см. рис. 4):
Киз = 1003,6 АР "»
где: Киз — коэффициент изоляции, д.ед.;
АР — градиент давления, атм/м.
На основании вышеприведенной формулы получается, что Киз в данном случае будет составлять 276 раз, а проницаемость на этом участке уменьшится с 1,0 до 3,6*101 мкмг.
Задача снижения градиента давления, воздействующего на образовавшуюся в приза
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.