Методические указания по дисциплине «Вскрытие и разобщение продуктивных пластов» для лабораторных работ специальности 130504. 65 «Бурение нефтяных и газовых скважин» всех форм обучения (стр. 4 из 7)
2.1 Лабораторная работа N 4
Тема: Определение коэффициента восстановления проницаемости пласта после воздействия фильтрата бурового раствора.
Влияние фильтратов буровых растворов на продуктивные пласты в лабораторных условиях определяется по изменению проницаемости образцов породы после воздействия на них фильтратов испытываемых буровых растворов.
В качестве количественного показателя оценки влияния фильтрата бурового раствора на образец керна используется коэффициент восстановления проницаемости β, который определяется как отношение проницаемости образца после воздействия на него фильтрата бурового раствора k1 к исходной проницаемости образца k0.
β = k1/k0∙100 %
Оборудование и материалы
Исследования проводятся на модифицированной установки УИПК-1М с дополнительной емкостью высокого давления для фильтрата бурового раствора и использованием одного контейнера жидкостного для модели пластового флюида и второго контейнера жидкостного для фильтрата бурового раствора.
Установка для исследования проницаемости кернов (УИПК-1М) выпускалась Московским опытно промышленным заводом "НефтеКИП" в составе комплекса аппаратуры для исследования проницаемости кернов (АКМ - "Коллектор"). Эта установка может быть характерным примером оборудования отечественного производства. Установка позволяет изучать законы фильтрации жидкостей и газов в пористой среде в условиях, приближенных к пластовым: поровое давление от 1 до 300 атм., геостатическое (горное) давление от 1 до 600 атм., температура термостатирования образца, жидкостей и газа (азота) от 20 до 80 оС.
Размеры исследуемых образцов керна: диаметр 30 мм, высота 50 мм. Диапазон регулировки расхода жидкости через керн от 0,0001 до 1 мл/с (см3/с). На рисунке 4 приведена гидравлическая схема установки УИПК-1М.
Рисунок 4 – Гидравлическая схема установки УИПК-1М
Приготовление фильтрата бурового раствора осуществляется на специальной установке (рисунок 5), состоящей из корпуса со штуцером для подачи сжатого воздуха и с отверстием для отбора фильтрата. Внизу устанавливается металлический фильтр 4, а сверху фильтровальная бумага 3.
В корпус заливается испытываемый раствор, затем закрепляется крышка и подсоединяется баллон со сжатым воздухом.
После создания давления в корпусе от 0,1 МПа до 0,5 МПа из раствора отделяется фильтрат и собирается в специальную емкость.
1 – корпус, 2 – металлическое кольцо, 3 – бумажный фильтр,
4 – фильтрационная решетка, 5 – крышка
Рисунок 5 – Схема установки для отбора фильтрата бурового
раствора
Принцип действия установки УИПК-1М следующий. Давление создаваемое плунжерным прессом в заполненной маслом гидравлической системе установки, передается через поршневой разделитель исследуемой жидкости, которая поступает в образец, сжатый осевым и боковым давлениями. Второй плунжерный пресс создает противодавление на выходе из образца. Широкий диапазон скоростей движения прессов позволяет моделировать близкие к пластовым режимы движения жидкости через проницаемый образец горной породы.
Основным узлом установки УИПК-1М является зажим керна, который предназначен для крепления исследуемого образца при пропускании через него жидкости или газа и создания на образец всестороннего давления. Устройство кернодержателя представлено на рисунке 6.
Образец, помещенный в цилиндрическую резиновую манжету 19 и зафиксированный перфорированной металлической гильзой 20, устанавливается в стальной цилиндр 18. По торцам цилиндра расположены плунжеры 14 и 22.
Рисунок 6 – Зажим керна установки УИПК-1М
Для обеспечения герметичности между плунжерами и цилиндром вставляются уплотнительные конусы 16 и 21.
Цилиндр крепится в хомуте, верхняя 15 и нижняя 10 крышки которого стягиваются болтами 8 и гайками 9. Под плунжерами имеются диски 17 с отверстиями. Для термостатирования цилиндр 18 закрыт кожухом 6 с термоизоляцией 5. В кожухе имеются два штуцера 24 для присоединения шлангов термостата.
Осевое сжимающее усилие на образец создается за счет давления масла, которое подается через штуцер 12 в пространство, находящееся под плунжером 11. Благодаря этому давлению плунжер 11 приподнимает кернодержатель вдоль двух направляющих стоек 25. Поскольку перемещение вверх ограничено креплением стоек 25, то на образец создается осевое давление.
Боковое сжимающее усилие на образец создается маслом, поступающим через штуцер 7 в зазор между цилиндром 18 и резиновой манжетой 19. Осевое и боковое сжимающие усилия создаются плунжерным прессом, развивающим давление до 30 МПа, которое может быть повышено в системе гидрообжима керна до 60 МПа с помощью ручного пресса.
Подготовка установки и образцов керна
1 Подготовка к работе зажима керна и установка в нем образца.
2 Заполнение гидравлической системы установки УИПК-1М маслом и контейнера жидкостного с поршневым разделителем 10 моделью пластового флюида (рисунок 4).
3 Заполнение емкости высокого давления 16 и контейнера жидкостного с поршневым разделителем 15 фильтратом бурового раствора.
Проведение лабораторной работы
Работа выполняется в три этапа. Последовательность фильтрации жидкостей через керн и направление фильтрации выбираются так, чтобы приблизить воздействие на керн к промысловым условиям. На первом этапе фильтруется модель нефти в направлении, соответствующем направлению движения пластового флюида к забою скважины. Модель пластового флюида поступает в исследуемый образец снизу по горизонтальному каналу в верхней части плунжера 11, который закрывается вентилем В10 (рисунок 6).
Прошедший через образец флюид поступает в центральный канал верхнего плунжера 14, в верхней части которого расположена гильза 4 для термометра. Кольцевое пространство между гильзой и стенками канала сообщается с двумя узкими сквозными каналами 3. Через вентиль 12 и штуцер 2 выходящий флюид направляется на измерительные приборы. На нескольких режимах течения флюида при различных перепадах давления определяется проницаемость образца керна.
Расход жидкости через керн зависит от скорости движения плунжеров прессов, которые соединены таким образом, что при вращении шестерен их плунжеры движутся во взаимно противоположных направлениях. Привод прессов 9,11 (рисунок 4) состоит из электродвигателя, который через червячный редуктор вращает входной вал фрикционно-планетарного редуктора (ФПР), предназначенного для регулирования скорости вращения. При движении плунжера пресса по положению измерительного указателя определяется количество вытесненной жидкости с точностью 1 см3, что соответствует перемещению плунжера на 1 мм.
На втором этапе после определения исходной проницаемости образца керна через вентиль 11 и штуцер 13 (рисунок 6) осуществляется поступление фильтрата бурового раствора в образец керна в противоположном направлении движению пластового флюида. Через образец керна прокачивается фильтрат бурового раствора в количестве не менее 5 объемов порового пространства керна.
На третьем этапе после воздействия фильтрата бурового раствора на образец керна по горизонтальному каналу в верхней части плунжера 11 (рисунок 6) вновь прокачивается пластовый флюид на нескольких режимах и определяется остаточная проницаемость образца керна.
Обработка результатов работы
Исходные данные и результаты измерений заносятся в таблицы 5-6. По результатам фильтрации флюида через керн при различных перепадах давления (не менее трех режимов) определяются коэффициенты проницаемости образца керна в соответствии с линейным законом фильтрации Дарси (лабораторная работа 3) до и после воздействия фильтрата бурового раствора и вычисляется коэффициент восстановления проницаемости.
Таблица 5 – Характеристика образцов и жидкостей, используемых в работе
| Номер образца | Образец | Модель пластового флюида | Буровой раствор | ||||||||||
| состав | диаметр, мм | длина, L, мм | начальная водонасыщенность, % | площадь, F, м2 | состав | вязкость, µ, мПа∙с | плотность, кг/м3 | поверхностное натяжение на границе жидкость-жидкость, Н/м | состав | вязкость, мПа∙с | плотность, кг/м3 | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | |
Таблица 6 – Результаты определения коэффициента восстановления проницаемости керна | Номер образца | Жидкость, фильтруемая через керн | Жидкость, насыщающая керн | Давление гидрообжима, МПа | Показания манометра, МПа | Перепад давления, ΔΡ, МПа | Определения расхода через керн | Проницаемость, К=Q·μ·L/F·ΔΡ, м2 | Коэффициент восстановления проницаемости, β ,% | Относительная погрешность определения, % | |||
| до образца | после образца | время, с | объем, м3 | Q, м3/c | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
Контрольные вопросы к лабораторной работе № 4