Создание методики акустико-гидродинамических исследований пористых сред и скважин

Актуальность работы.

Эффективная разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений связаны с проблемой получения и интерпретации информации о процессе фильтрации газа в пластах. Исследование этих процессов позволило группе ученых во главе с профессором Коротаевым Ю. П. определить оптимальные энергосберегающие технологические режимы работы скважин. Эти режимы обеспечивают безаварийную работу скважин в течение всего периода разработки.

Существенное влияние на процессы разработки месторождений оказывают условия движения газа и жидкости в призабойной зоне и параметры пласта. Поэтому более точное определение режимов работы и параметров пласта и скважин является актуальной проблемой. Это требует разработки и внедрения новых методов исследования пластов и скважин.

Одним из направлений являются акустико-гидродинамические методы исследования пластов и скважин (АГДМ).

Впервые этот метод был предложен в 1964 г. Ю. П. Коротаевым для измерения дебитов аварийных фонтанов, а затем был применен для определения интервалов притока газа и оценки параметров пласта.

Принципиальным АГДМ от акустического каротажа и акустического воздействия является не только то, что в первом случае создаются искусственные колебания, а во втором исследуются естественные с широкой полосой спектра, но и то, что в этом случае интенсивность естественного акустического поля существенно меньше, чем при искусственном воздействии.

Сущность АГДМ состоит в комплексном измерении гидродинамических и естественных акустических характеристик аэродинамического шума, возникающего при движении флюида в скважине и призабойной зоне пласта для определения параметров потока и пористой среды.

Сегодня актуально применение АГДМ для определения работающих интервалов на месторождениях и ПХГ, для диагностики ствола скважины, и в том числе для определения газонасыщенности при движении газожидкостных смесей в стволе скважины.

Новым направлением в исследовании процессов фильтрации в пористой среде являются АГДМ исследования кернов, которые позволяют определять ряд дополнительных параметров, которые другими методами получить затруднительно.

Таким образом АГДМ исследований наряду с определением условий генерации шумов при фильтрации выполняются высокоточные измерения гидродинамических параметров в широком диапазоне изменения скоростей фильтрации, что позволяет определить границы применимости закона Дарси и установить зависимость параметров акустических шумов с микростуктурой пористой среды и её макрохарактеристиками. Исходя из этого, можно сказать, что АГДМ исследования представляют большой научный и практический интерес.

Цель диссертационной работы.

Создание методики комплексных акустико-гидродинамических исследований пористых сред, основанной на использовании высокочастотного акустического сигнала в звуковом диапазоне частот, возникающего при фильтрации флюида.

Основные задачи исследований.

1. Проведение прецизионных экспериментальных АГДМ исследований пористых сред.

2. Установление взаимозависимости между фильтрационно-коллекторскими свойствами пористой среды и её микроструктурой.

3. Усовершенствование методики проведения акустико-гидродинамических л у исследований на основании использования высокоточных акустических приборов.

4. Создание методики АГДМ исследований пористых сред и скважин.

5. Создание стенда для проведения АГДМ исследований кернов и прибора для проведения промысловых исследований скважин.

Методы решения поставленных задач.

Поставленные задачи решены путем:

1. Проведения прецизионных экспериментальных гидродинамических исследований кернов;

2. Проведения прецизионных экспериментальных гидродинамических исследований течений в капиллярах, создания модели течений газа в пористых средах;

3. Математического моделирования течений газа в капиллярах.

Научная новизна работы.

1. Разработана математическая модель для определения гидродинамических характеристик пористых сред по данным об их микроструктуре и определение микроструктуры по данным АГДМ;

2. Установлена зависимость между частотной характеристикой излучаемых г* акустических шумов и геометрическими размерами капилляров;

3. Создан прибор для промысловых исследований скважин и проведены его испытания на стенде;

4. Разработаны методические рекомендации по интерпретации результатов АГДМ исследований. акустикоакустико-с целью 1.

Практическая значимость.

1. Усовершенствована методика проведения прецизионных лабораторных исследований пористых сред АГДМ;

2. Результаты работы могут быть использованы для уточнения фильтрационных и коллекторских свойств газоносных пород и интерпретации результатов исследований скважин;

3. Данная работа может использоваться при составлении лабораторного практикума и факультативных курсов по дисциплине «Физика нефтяного и газового пласта»;

4. Результаты диссертационной работы могут быть использованы при чтении курса лекций студентам РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина.

Апробация работы.

Основные положения работы докладывались на следующих конференциях и семинарах:

1. На Второй Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России, РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, г. Москва, 1997 г.

2. На Третьей Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России, РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, г. Москва, 1999 г.

3. На международной конференции «Актуальные проблемы и новые г* технологии освоения месторождений природных газов в XXI веке»,.

Ъ п. Ямбург, 2002 г.

4. На Пятой Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России, РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, г. Москва, 2003 г.

5. На шестой научно-технической конференции, посвященной 75-лет ию Российского Государственного Университета нефти и газа им. И.М.

6. Губкина, Москва, 2005 г.

7. На научном семинаре кафедры РиЭГиГКМ РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина.

8. На курсах по повышению квалификации работников нефтяной и газовой промышленности, при УИЦ РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложения. Текст диссертации изложен на 171 страницах и содержит 65 рисунков и 33 таблиц. Библиографический список использованной литературы состоит из 169 наименований.

1. Расчеты по определению фильтрационных характеристик пористых сред в зависимости от усредненных диаметров норовых каналов показали, что такой подход, в ряде случаев является слишком грубым приближением, не отображающим реальной картины фильтрации.2. Более достоверными являются результаты, получаемые на основании расчетов выполненных с учетом порового состава исследуемых образцов. Поровый состав может быть определен методом ртутной порометрии, либо в результате АГДМ исследований.3. Создана модернизованная экспериментальная установка для комплексных акустико-гидродинамических исследований пористых сред, на которой одновременно определяются гидродинамические и акустические характеристики исследуемых образцов.4. Проведена серия прецизионных исследований естественных кернов, с целью определения зависимости между акустическими характеристиками среды и ее микроструктурой.5. В работе установлены зависимости между фильтрационными параметрами пористой среды и ее поровым составом. Для установления связи между гидродинамическими и акустическими параметрами экспериментально исследовалось течение газа в капиллярах, имитирующее фильтрацию газа в пористых средах. В результатах сопоставления экспериментально полученных и расчетных значений параметров течения газа в капиллярах были получены эмпирические выражения, описывающие эти процессы. Для различных капилляров была установлена зависимость между частотной характеристикой излучаемых акустических шумов и геометрическими размерами капилляров.6. Использование данных ртутной порометрии о распределении пор по размерам и результатов акустико-гидродинамических исследований кернов и капилляров позволили создать математическую модель, устанавливающую зависимость между норовым составом образца и его фильтрационными свойствами.7. Разработаны алгоритм и программа для выполнения соответствующих расчетов на ЭВМ. На основании данных о распределении пор по размерам, математическая модель позволяет определять закономерность изменения гидродинамического сопротивления на разных режимах фильтрации и оценивать эффективность работы групп пор различных диаметров. Расчетным путем можно также определять проницаемость, макрошероховатость и критическое число Рейнольдса.8. Разработан и испытан приборный комплекс АГК-1М, включающий в себя скважинный прибор и наземную измерительную панель,.

9. Создана и апробирована методика комплексных акустико гидродинамических исследований пористых сред и скважин,.

10. Полученные в работе результаты могут быть использованы для уточнения фильтрационных и коллекторских свойств газоносных пород и интерпретации данных, получаемых при экспериментальных исследованиях скважин акустико-гидродинамическими методами.