Процессы фильтрации жидкостей в поле упругих колебаний

Механизм упругих колебаний. для повышения продуктивности нефтяных скважин используются известные природные явления и физические эффекты, связанные с тем, что процессы тепло- и массопереноса в капиллярно-пористых средах интенсифицируются под влиянием высоких и низких частот. Воздействие высокоамплитудных низкочастотных колебаний давления необратимо увеличивает абсолютную проницаемость насыщенных пористых сред.за счет переориентации слагающих среду зерен, особенно при наличии глинистости, образуются новые фильтрационные каналы, раскрываются трещины. Особого внимания заслуживают специфические "фильтрационные эффекты": в поле колебаний интенсивностью 1,9 кВт и частотой 17-26 кГц скорость фильтрации полярных и неполярных жидкостей увеличивается до 10 раз, а скорость фильтрации дистиллированной воды через керн горных пород увеличивается почти на два порядка.

Под действием упругих колебаний происходит разупрочнение кольматирующего материала и очистка поровых каналов коллектора, устраняется блокирующее влияние остаточных фаз газа, нефти и воды.

Наложение упругих колебаний деформирует и разрушает структуру неньютоновских нефтей, изменяет их вязкоупругие свойства и характер движения в пористой среде. Механизм воздействия физических полей упругих колебаний на реологическое поведение высоковязких нефтей, заполняющих поры, во многих случаях обусловлен моделью, предложенной М.А. Био. Снижение вязкости неньютоновских жидкостей происходит при частотах, больших так называемой характеристической частоты

,

где n – кинематическая вязкость; d – размер пор.

Под действием упругих колебаний уменьшается кинематический гистерезис смачивания, происходит глубокое проникновение жидкости в щели и капилляры, интенсифицируются процессы пропитки, возрастает степень вытеснения нефти из пористой среды, меняется фазовая проницаемость среды для нефти и воды. Технология виброволнового воздействия экологически чиста, и затраты на ее применение существенно ниже, чем при тепловом и химическом методах.

Метод воздействия на ПЗП физическими полями упругих колебаний на нефтяных промыслах начал применяться с 60-х гг. ХХ в. и оказался достаточно эффективным.

Источники волнового воздействия. Воздействие упругими колебаниями при обработке ПЗП осуществляется скважинными забойными генераторами, мощность которых ограничена размерами и условиями эксплуатации скважины. Процессы различной физической природы, сопровождающие волновое воздействие на ПЗП, можно подразделить на акустические (гидроакустические), виброволновые, кавитационно-волновые и ударно-депрессионные.

Акустическое воздействие технологически достаточно просто и заключается в том, что по скважине в интервал обработки продуктивного пласта спускается акустический (ультразвуковой) излучатель на каротажном кабеле, который соединяет его с преобразователем частоты (генератором, источником питания), установленным на поверхности. Существует несколько разновидностей источников акустической энергии, в том числе и магнитострикционных.

Виброволновое воздействие осуществляется посредством генерирования упругих колебаний скважинными (забойными) устройствами, создающими давление различной частоты и амплитуды за счет использования энергии жидкости или газа. Гидродинамические генераторы упругих колебаний (ГДГ) спускаются в скважину на НКТ, а напорно-расходные параметры жидкости задаются нефтепромысловыми насосными агрегатами. Скважинная обработка с использованием ГДГ технологически совмещается с промысловыми операциями подземного и капитального ремонта скважин (ПРС и КРС соответственно) и с другими операциями традиционных методов обработок ПЗП.

Эффективность обработки ПЗП воздействием упругих колебаний с применением ГДГ в значительной степени определяется параметрами колебательной энергии в системе скважина – пласт. Упругие колебания энергии наиболее эффективны при низкочастотном излучении вследствие низкого поглощения в породах и благоприятного соотношения колебательных смещений и ускорений.

В зависимости от гидродинамических характеристик пласта и факторов, ухудшающих продуктивность скважин, в качестве рабочей жидкости при виброобработке ПЗП применяют нефть, пластовую воду, растворы кислот, растворы ПАВ, керосин, дизельное топливо и различные смеси этих жидкостей.

Наибольшая эффективность повышения гидропроводности ПЗП при виброволновом воздействии достигается при создании депрессии на пласт. Для создания долговременной депрессии при одновременной работе с гидродинамическими генераторами давления используются забойные струйные насосы.

Кавитационно-волновые методы возбуждения ударных импульсов и колебаний давления с широким диапазоном частот основываются на процессах кавитационных явлений при зарождении паровой (газовой) фазы и ее развитии в ПЗП. По происхождению кавитация может быть вихревой и перемещающейся. Она возникает в потоке при увеличении скорости струи, достаточной для разрыва сплошности (скорости). Условие возникновения паровой кавитации, без учета влияния растворенного газа, определяется параметром динамического подобия – числом кавитации.

Для ударно-депрессионных методов воздействия используется переоборудованный штанговый насос, в котором в режиме откачки жидкости при ходе плунжера вверх в определенной точке происходит мгновенная разгерметизация цилиндра насоса, создающая импульс депрессии, а затем гидравлический удар с высоким давлением. Достоинством этого метода является простота осуществления с одновременным и непрерывным выносом кольматирующих веществ из ПЗП на поверхность.

Динамические нагрузки работающего ШГН передаются в точку опоры НКТ, генерируют инфранизкочастотные волновые процессы и сейсмическую эмиссию, формируя в продуктивной толще пород поля упругих колебаний, стимулирующих фильтрационные процессы. В условиях резонанса волновые процессы могут распространяться в радиусе до 1-1,5 км от точки опоры НКТ, интенсифицируя фильтрационные процессы, особенно в тонкодисперсных слабопроницаемых объемах пород во всей этой области.