авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |

Строительство и эксплуатация нефтяных и газовых скважин открытым забоем с использованием волновых технологий (проблемы, теоретические решения, промысловый опыт)

-- [ Страница 4 ] --

Здесь R0 – невозмущенный радиус поперечного сечения капилляра,
V0 – средняя по сечению скорость невозмущенного движения, – амплитуда перемещения стенки капилляра, VД – дополнительная средняя по сечению капилляра скорость.

Как видим, ускорение течения жидкости в узких порах увеличивается более чем в 1000 раз. При этом амплитуда волны изгиба на поверхности поры может быть весьма малой ( / R0 = 10-3). Чтобы достичь аналогичного эффекта путем повышения статического градиента давления вдоль поры, потребовалось бы его увеличение также более чем в 1000 раз, что практически не осуществимо. Этот факт позволяет рассматривать волны как один из наиболее эффективных механизмов ускорения течений в капиллярах и пористых средах. Этот открытый теоретически эффект является одним из научных принципов, на которых базируется идея использования волн в нефтегазовой промышленности.

Наиболее возможным на сегодняшний день становится использование волны для ускорения течения жидкости в призабойных зонах нагнетательных и добывающих скважин, чтобы интенсифицировать приток или нагнетание.

Волновое движение частиц, засоряющих призабойную зону, обеспечивает снижение скин-эффекта и улучшение коллекторских свойств призабойной зоны. Волны действуют как на частицы вблизи и внутри скважины, так и на флюид в микропорах. Это при правильном использовании колебаний может привести к выравниванию профиля приемистости и увеличению количества жидкости, принимаемого скважиной.

Таким образом, реализация волнового воздействия на низкопроницаемую пористую среду позволит обеспечить вытеснение нефти из низкопроницаемой застойной в более высокопроницаемую дренируемую зону продуктивного пласта и тем самым увеличить конечную нефтеотдачу.

Теоретические эффекты перемещения частиц, капель и жидкости в порах при воздействии волн были проверены экспериментально. После анализа образца, подверженного волновой обработке после бурения, и образца, распиленного сразу после бурения, было выявлено, что волны действительно обеспечивают очистку призабойной зоны скважины от загрязнения глинистыми частицами бурового раствора. Этот же эффект был подтвержден замерами проницаемости образцов, которые были сделаны до их распила. Соответствующие зависимости приведены на рисунке 2. Как видно, проницаемость очищенного образца более чем в три раза выше, чем загрязненного.

Рисунок 2 – Анализ проницаемости

загрязненного и очищенного

кернов породы

Моделирование волновых процессов в трещиноватых пористых, насыщенных нефтью средах показало, что в этих средах существуют три типа продольных волн и один тип поперечных; при низких частотах два типа продольных волн распространяются с малыми скоростями, т.е. это волны фильтрации. Фильтрационные волны затухают значительно сильнее быстрой продольной (деформационной) и поперечной волн. Скорости быстрой (первой) и поперечной (четвертой) волн в основном определяются модулями упругости, характеризующими скелет среды.

Результаты проведенных исследований использованы при определении частотных параметров волновых воздействий разрабатываемых технологий.

Суммируя вышеизложенное, можно констатировать, что для того чтобы в призабойной зоне скважины были реализованы эффекты односторонне направленного перемещения твердых частиц и ускорения течения жидкости в порах пористых сред, следует возбудить в прилежащей к скважине зоне нефтенасыщенного пласта волны с частотами, близкими к частотам, резонансным для данной призабойной зоны. Причем, в ряде случаев для возбуждения волн в определенных областях, отстоящих от скважины на конечное расстояние, можно использовать полигармонический нелинейно взаимодействующий между собой волновой набор.

Чтобы улучшить условия прохождения волн в пористую среду, следует зону фильтра делать открытой. Для технического решения проблемы строительства скважин с открытым забоем обязательным является решение задачи создания герметичного заколонного пространства основного ствола скважин и особенно в зоне башмака обсадной колонны, спущенной в кровлю продуктивного горизонта.

Согласно нашим исследованиям, это возможно при тщательной подготовке открытого ствола к цементированию методами управляемой кольматации.

В третьем разделе рассмотрены основные методические подходы к обеспечению надежного разобщения флюидонасыщенных пластов и герметизации заколонного пространства скважин как необходимых условий, позволяющих заканчивать скважины открытым забоем и в полной мере реализовывать волновые эффекты. Приведены результаты экспериментальных, промысловых исследований научных разработок, научно обоснованы и сформулированы основные положения концепции формирования конструкции фильтра скважины при первичном вскрытии.

Как отмечалось выше, основной причиной снижения качества работ при заканчивании и эксплуатации скважин является активная гидравлическая связь вскрытых бурением флюидонасыщенных пластов со стволом скважины. Большинство применяемых в отечественной и зарубежной практике буровых растворов не обеспечивают эффективной гидроизоляции проницаемых пластов от ствола скважины. Неуправляемые и пассивные по характеру процессы формирования кольматационной зоны в приствольной области и глинистой корки на стенах скважины не приводят к созданию технологически необходимых гидроизолирующих характеристик (низкой проницаемости, повышенного градиента давления фильтрации жидкости и гидроразрыва горных пород) этой системы. Поэтому действие геолого-технических факторов приводит к взаимодействию скважины и проницаемых пластов, то есть к нестационарным гидродинамическим процессам, определяющим техническое состояние (герметичность и прочность стенок) ствола и гидравлическое поведение скважины (поглощения, газонефтеводопроявления и т.д.).

В современных геолого-технических условиях для успешного решения проблемы разобщения пластов необходимо изменить направление стратегии и тактики проводимых в данной области исследований и разработок.

При этом следует операции по разобщению комплекса пород продуктивной толщи дополнить технологией изоляции приствольной зоны водонасыщенных пластов (методы малых проникновений) на этапе первичного вскрытия. Формирование приствольного экрана с заданными гидроизолирующими характеристиками против интервалов водонасыщенных пластов (элемент крепи, который большинством специалистов до настоящего времени игнорируется) приведет к значительному повышению герметичности заколонного пространства и долговременности крепи.

Отдельно рассмотрены проблемы и технологические решения обеспечения герметичности заколонного пространства нефтяных и газовых скважин с точки зрения условий, способствующих проникновению в затрубное пространство и прорыву газа. В общем случае исследователи отмечают следующие возможные пути продвижения газа в затрубном пространстве скважин:

  • по каналам, образованным вследствие негерметичности резьбовых соединений;
  • по каналам из-за негерметичности соединений частей колонной головки;
  • по нарушениям целостности обсадных колонн;
  • по каналам, возникшим в самом цементном камне при его твердении;
  • по каналам контактных зон цементного камня.

В работе подробно рассмотрены основные технологии, направленные на обеспечение герметичного заколонного пространства, что достигается двумя последовательными технологическими операциями:

- подготовкой ствола скважины к цементированию методами управляемой кольматации (струйной обработкой стенок скважины, струйно-волновой кольматацией);

- обработкой тампонажного раствора электрогидроимпульсным устройством в период превращения тампонажного раствора в камень.

Исключительно важным, с точки зрения герметизации заколонного пространства, является управление процессами превращения тампонажного раствора в камень, т.е. в период ОЗЦ, который является наиболее опасным с точки зрения создания предпосылок для образования каналов и проявления движущих сил. Известно, что одной из причин, влияющей на качество цементирования обсадных колонн, являются свободно протекающие процессы за колонной в период ОЗЦ, большинство из которых из-за применения в цементировании тампонажных растворов на основе минеральных вяжущих негативно влияют на формирование камня и его контактных зон. В частности, это большое водосодержание, контракционные явления и так называемое «зависание» тампонажного раствора, приводящее к снижению давления на флюидосодержащие пласты и ведущее к проникновению флюидов в твердеющий тампонажный раствор со всеми вытекающими последствиями. Значительное влияние на качество цементирования оказывают остатки невытесненного бурового раствора и глинистая корка. Для реализации управления процессами, протекающими за колонной, Кузнецовым Ю.С. и Ковязиным Н.И. предложен способ воздействия на тампонажный раствор в период ОЗЦ акустическим полем, создаваемым мощным источником электрогидроимпульсного типа. Акустическое воздействие на тампонажный раствор позволяет уменьшить сроки схватывания тампонажного раствора, улучшить структуру и прочностные характеристики камня за счет более равномерного распределения во вмещающем объеме дисперсной фазы и жидкости затворения, усиления массообмена и теплообмена, повышения седиментационной устойчивости, ускорения процессов структурообразования и снижения отрицательных последствий контракционных явлений. Воздействие повышает герметичность и прочность контактных зон камня за счет полного или частичного разрушения глинистой корки (пленки), усиления смачиваемости тампонажным раствором зон контакта, ускорения физико-химических процессов между раствором и поверхностями вмещающего пространства, а также позволяет поддерживать давление столба раствора на установленном уровне над пластовым в течение определенного времени путем разрушения коагуляционной структуры раствора.

Суть предложенного способа заключается в следующем. Источник воздействия сразу же после окончания цементирования перемещается внутри обсадной колонны по заданной программе и генерирует мощные локальные импульсы давления, которые вызывают упругую деформацию обсадной колонны, переходящую в затухающие колебания ее. Колебания обсадной колонны создают акустическое поле в тампонажном растворе.

Основы технологии, реализующей вышеуказанный способ, нами разработаны и развиты для условий Заполярья. Успешность волнового воздействия на твердеющий в заколонном пространстве тампонажный раствор во многом определяет правильный выбор источника волнового воздействия с учетом особенностей эксплуатации излучателя в скважине. Нами разработаны сравнительно простые методика и технические средства для определения удельного импульса давления, прикладываемого к внутренней поверхности трубы.

Сравнение измеренных по этой методике удельных импульсов давления, создаваемых электрогидроимпульсным устройством с оболочкой и без нее, позволяет оценить влияние оболочки на прохождение генерируемого разрядом импульса давления.

Рассмотрим уравнение вынужденных колебаний трубы, которую с наружной стороны окружает воздух:

, (4)

где т – плотность материала трубы; hт – толщина трубы; rт – средний радиус трубы; Wт – смещение наружной стенки трубы; Е – модуль Юнга материала трубы; – коэффициент Пуассона материала трубы; P (t) – давление, прикладываемое к внутренней поверхности трубы; t время.

Проинтегрировав уравнение (4) до момента t = , когда смещение трубы достигает максимума (Wтmax) и, соответственно, скорость смещения равна 0 , получим следующее выражение:

. (5)

Выражение есть не что иное, как удельный импульс () давления, прилагаемый к внутренней стенке трубы.

И тогда, при условии , имеем:

(6)

При длительности импульса сигнала, прикладываемого к внутренней поверхности трубы, меньшей четверти периода ее собственных колебаний, форма ее вынужденных колебаний будет близка к синусоидальной (эта ситуация характерна для рассматриваемого процесса). Тогда можно записать:

, (7)

где Т0 – период собственных колебаний трубы; Wтmax – максимальное значение при t = Т0/4.

Подставив (7) в (6), получим:

. (8)

Далее, подставляя известное выражение для периода собственных колебаний трубы в (8), получим:

. (9)

Таким образом, согласно полученному выражению (9), для определения импульса давления, прилагаемого к внутренней поверхности трубы, достаточно измерить максимальное смещение стенки трубы (WТmax) в первый полупериод ее колебаний. Остальные величины, входящие в выражение (9), известны.

Непосредственные измерения смещения стенки трубы с помощью известных оптических или электрических методов затруднены из-за малых величин деформаций и времени протекающих процессов, наличия электромагнитных полей и др. Для того чтобы обойти эти трудности, предложена достаточно простая методика определения максимального смещения внешней стенки трубы, моделирующей обсадную трубу. Суть ее состоит в измерении наибольшего отклонения груза цилиндрической формы от положения равновесия под действием импульса, сообщаемого ему трубой. В этом случае отклонения груза значительно превышают амплитуду колебаний цилиндра и становятся доступными для их измерения достаточно простыми оптическими или механическими способами.

Результаты экспериментальных исследований с применением разработанных методики и установки для оценки влияния резиновой оболочки на прохождение импульса давления приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Результаты экспериментальных исследований

Рг, МПа 0 10 20 30 40 50
1,100 1,110 1,115 1,118 1,119 1,120


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.