книги из ГПНТБ / Особенности вскрытия, испытания и опробования трещинных коллекторов нефти

рычага 10 крепится нагрузочное устройство прибора, состоящее из неподвижной гайки 16, винта-ганки 2, винта / и двух стопор­ ных винтов 3 и 4. Винт / шарнирно связан с рычагом 10. Тен­

резьбовых соединений. Деформация тензометра происходит при перемещении толкателя 9 нагрузочным устройством прибора посредством рычага 10.

Нагрузочное устройство прибора, выполненное в виде трехзвенного винтового механизма со стопорными устройствами, обеспечивает работу прибора в двух режимах. Первый — режим грубой регулировки, при котором винт-гайка 2 стопорится вин­ том 3. В этом случае толкатель 9 перемещается возвратно-по­ ступательно за счет вращения винта /. Этот режим применяет­ ся для тарировки тензометров низкой чувствительности, созда­ ния начальной рабочей нагрузки и для создания многократной переменной нагрузки с целью получения стабильной теизометрической характеристики. Второй — режим тонкой регулировки, при которой стопорится винт 1 стопорным винтом 4. При этом тол­ катель перемещается за счет возвратно-поступательного движе­ ния винта 1, которое происходит при вращении винта-<гайки 2. Перемещение винта / за один оборот винта-гайки 2 равно разнос­ ти шагов резьб. Этот режим применяется для тензометрова из­ меряющих очень малые деформации в пределах десятых долей микрона, или для тарировки массивных упругих тензометров с высоким коэффициентом тензочувствительности, когда требуется создавать очень малые перемещения (в пределах 2—5 мк) т1ри нагрузке на толкатель до 100 кгс.

Масштаб записи для тензометров деформации подбирался путем пробных экспериментов и анализа опыта ранее проведен­ ных работ. Поэтому тарировку каждого тензометра проводили для трех масштабов измерений. Максимальные отклонения луча гальванометра при тарировке устанавливали в пределах 2 / 3 ши­ рины диаграммы. Масштабы тарировки соответствовали трем положениям переключателя тензоусилителя. Переключатель чувствительности каналов тензоусилителя позволял проводить измерения в трех масштабах. Соотношение масштабов между со­ бой 1:0,4:0,1. Тарировка проводилась для каждого масштаба отдельно, так как это соотношение не выдерживалось с доста­ точной для наших измерений точностью. Расчет постоянной тен­ зометра выполнялся по формуле

где С — постоянная тензометра — относительная деформация на 1 мм отклонения луча гальванометра; Д/ — деформация тензо-

У2

метра при тарировке в м'к; L — отклонение луча гальванометра в мм; I — база тензометра в мм.

Для измерения деформаций тензометры прикреплялись к по­ верхности моделей, как показано на рис. 26. Тензометры для из­ мерения продольных деформаций /, 3, 6 крепились с помощью скоб 2, припаянных к латунной оболочке, или колец 5, закре­ пленных на модели с помощью винтов. Тензометры для изме­ рения поперечных деформаций 4, удерживались своими острыми концами в небольших лунках, предварительно сделанных в ла­ тунной оболочке.

Рис. 26. Способы крепления тензометров на мо­ дели.

Для выполнения экспериментов на моделях с горизонтальны­ ми трещинами устанавливалось три тензометра: два для измере­ ния продольной и поперечной деформаций блока и один тензо­ метр для наблюдения за деформацией трещин. Этот тензометр

изменении зазора между торцами блока и переводника и изме­ рял деформации блока, трещин и переводника. Деформация стального переводника на порядок меньше деформации блока модели, что позволяет ее не учитывать.

При выполнении экспериментов с вертикальными трещинами устанавливалось два тензометра для измерения продольных п поперечных деформаций. Так как в данном случае модель скле­ ена из двух брусков, то подвеска тензометра продольной дефор­ мации осуществлялась в средней части вдоль одного из них, а тензометр поперечной деформации крепился в средних точках обоих брусков. Тензометр поперечной деформации фиксирует деформацию вертикальной трещины совместно с деформацией брусков.

73

Укрепленные на макете тензометры подключались к клеммиику головки бомбы и затем к системе тензоизмерений. Перед установкой моделей в камеру бомбы проверялось направление показаний тензометров. Для этого осторожно нажимали на тен­ зометры и отмечали направление отклонения лучей гальвано­ метров. Было принято увеличение размера моделей за положи­ тельную деформацию, а уменьшение — за отрицательную. Галь­ ванометры шлейфного осциллографа подключались так, чтобы при деформации одинакового знака (плюс или минус) лучи отклонялись в одну сторону.

§ 4. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Все лабораторные исследования проводились по специаль­ ным программам, которые отличались друг от друга объемом и порядком проведения работ, параметрами экспериментов и конструкцией моделей.

Суть лабораторных исследований состояла в том, что модель трещинного коллектора помещали в камеру бомбы, создавали необходимые пластовые условия, а затем воспроизводили про­ цесс опробования скважин испытателем пластов, при этом про­ водилась запись деформаций макета на осциллограмму шлейфным осциллографом.

Весь процесс эксперимента разделялся на следующие опера­ ции:

1.Создание пластовых условий в камере бомбы.

2.Выдержка модели под действием пластовых нагрузок и наблюдения за деформациями.

3.Измерение упругих деформаций модели.

4.Измерение деформаций при имитации опробования.

Как видно из описании, приведенных выше, лабораторная установка для изучения процессов вскрытия и опробования тре­ щинных коллекторов представляет собой сложный прибор, вклю­ чающий большой комплекс аппаратуры. Поэтому были разрабо­ таны и применены наиболее рациональные приемы выполнения операций, предусмотренных программами, обеспечивающие без­ опасность и высокое качество экспериментальных работ.

При создании пластовых условий в камере бомбы основное внимание уделялось сохранению модели трещинной среды от повреждения. Для этого сначала поднимали боковое давление на величину, немного превышающую пластовое, а затем пластовое давление доводили до нормы. Давление внутри модели разгру­ жало напряжения на контактах искусственных трещин и микро­ трещин блоков, предохраняя их от смятия под действием пласто­ вых условий. После этого продолжали подъем до заданных ве­ личин сначала бокового давления, а затем горного.

Выдерживание модели под действием пластовых нагрузок проводилось прежде всего для более равномерного перераспре-

74

деления напряжений по всему объему модели и снижения кон­ центрации напряжений па отдельных участках (релаксации). Кроме того, выяснялась пригодность моделей для выполнения эксперимента. Эксперименты проводились на моделях, у которых под действием пластовых условий возникали напряжения ниже предела упругих деформаций. Поэтому в качестве материала для моделей подбирались образцы керна из наиболее прочных и плот­ ных разностей горных пород. Такое условие ставилось для того, чтобы с большей вероятностью судить о причинах деформаций и разрушений моделей. Если наблюдались пластические деформа­ ции, которые свидетельствовали о том, что в период выдержки моделей в пластовых условиях напряжения превысили предел упругости блока, то такая модель считалась непригодной для ис­ следований и отбраковывалась.

Для определения механических свойств производили измере­ ние упругих деформаций моделей. С этой целью немного снижа­ ли, а затем поднимали горное или боковое давление (всесторон­ нее сжатие), полученные при этом деформации позволяют рас­ считать модуль Юнга, коэффициент Пуассона и коэффициенты сжимаемости трещинной среды и блока. Обращалось внимание на обратимость деформаций. Если изменение нагрузок приводило к необратимым деформациям, то модель считалась непригодной для исследований.

Имитация процессов опробования выполнялась резким сни­ жением давления в отверстии и трещинах модели с последующей выдержкой при заданной депрессии (стояние на притоке). Затем давление в трещинах макетов поднимали до прежней величины — это имитировало закрытие клапана испытателя и срыв пакера. Деформации при имитации процесса опробования записывались непрерывно. При этом обращалось внимание на качество записи и масштаб. Если лучи гальванометров выходили за пределы ос­ циллограммы или их отклонения были слишком малы, то соответ­ ствующим образом изменяли масштаб измерений.

Чтобы легче было расшифровать осциллограмму, после каж­ дого цикла опробования выключали кассету шлейфного осцилло­ графа для получения засвеченной полоски на осциллограмме. Часть осциллограммы, ограниченную темными полосками, мы назвали кадром. Каждому кадру осциллограммы присваивался номер, а условия, при которых он получен, заносились в лабора­ торный журнал. Для привязки процессов изменения нагрузок к записанным на диаграммах деформациям пользовались линией меток. В момент, когда производилось изменение нагрузки на заданную величину, на короткое время отклоняли луч гальвано­ метра меток (это делалось нажимом специальной кнопки на пуль­ те управления). На диаграмме получалась П-образная пика. Этим же способом отмечались и другие моменты эксперимента, необходимые для качественной расшифровки диаграмм.

Общий вид основных кадров осциллограммы показан на рис.

75

27, а и б. На рис. 27, а изображен кадр осциллограммы, получаю­ щийся при записи упругих свойств модели. Линия депрессии в этом случае прямая, так как давление в трещине не изменялось.

измеренное по диаграмме. Исследования работы тензометров по­ казали, что все измерения выполняются с точностью ±0,1 мк, а относительные деформации — с точностью ±0,2 • 10~5.

Для оценки упругих свойств моделей определялась степень сжимаемости всех измеряемых участков. Например, для моде­ лей с горизонтальными трещинами определялись сжимаемости блока в продольном и поперечном направлениях и сжимаемость трещинной среды. Сжимаемость трещинной среды рассчитыва­ лась по показаниям датчика трещин. Этот тензометр измерял одновременно деформацию трещин ичасти-блока. При изготов­ лении блока из плотных и прочных горных пород деформацией блока пренебрегали и считали, что тензометр дает только дефор­ мацию трещин.

Сжимаемость определялась по формуле

(31)

76

где |р — сжимаемость в см2 /кгс; Ар — величина изменения на­ грузки (давления) в кгс/см2 .

По всем диаграммам оценивалось направление дерофмаций. Для этого перед закладкой модели в камеру бомбы производи­ лась настройка тензометров таким образом, чтобы все датчики уменьшение или увеличение размеров покрывали отклонением лучей гальванометров в одну сторону. Направление деформаций отмечалось на диаграмме знаками плюс ( + ) и минус ( — ) . Знак плюс показывал увеличение.размеров модели, а знак минус — уменьшение.

§ 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДЕПРЕССИИ НА ДЕФОРМАЦИЮ ТРЕЩИННОГО КОЛЛЕКТОРА

ПРИ РАЗЛИЧНОМ ВСЕСТОРОННЕМ СЖАТИИ И ГОРНОМ ДАВЛЕНИИ

Исследования проводились для оценки степени влияния де­ прессии на деформацию трещинного коллектора. Основной целью экспериментов являлось определение условий, при которых мо­ жет произойти разрушение коллектора от действия максималь­ ной депрессии, и ее влияние на контакты между блоками. Для сравнения результатов эксперименты проводились в двух типах пластовых условий: 1) всестороннем сжатии, характерном для удаленной от скважины части пласта; 2) под действием горного и бокового давлений, имитирующих приствольную зону скважи­ ны. Боковое давление, постоянное для всех экспериментов, было принято равным 300 кгс/см2 , а пластовое 200 кгс/см2 . Максималь­ ная депрессия 200 кгс/см2 (пластовое давление снижали до нуля). Эта величина депрессии была выбрана как средняя и наиболее характерная для опробования с помощью испытателей пластов.

Для выполнения экспериментов применялись модели с гори­ зонтальными трещинами, изготовленные из керна продуктивных отложений. Описание керна дано в табл. 20.

Эксперименты проводились в следующей последовательности. 1. Создавали условия всестороннего сжатия {рй =300 кгс/см2 )

и поднимали давление в трещинах до рпл =200 кгс/см2 .

2.Выдерживали модель в пластовых условиях 3 ч, в течение которых проверяли отсутствие деформаций.

3.Измеряли деформации модели при имитации процесса оп­ робования с депрессией, равной 200 кгс/см2 .

4.Повторяли эксперимент по пп. 1, 2, 3 для всестороннего сжатия в пределах 300—1000 кгс/см2 последовательно через каж­ дые 400 кгс/см2 давления.

5.Создавали пластовые условия: рг =400 кгс/см2 , р6 =300 кгс/см2

ирпя =200 кгс/см2 .

6.Выдерживали модель в пластовых условиях 3 ч, в течение которых проверяли отсутствие деформаций.

7.Измеряли деформации модели при имитации процесса оп­ робования с депрессией, равной 200 кге/см2 .

77

Т а б л и ц а 20 Описание керна, использованного для изготовления моделей

8. Повторяли эксперимент по пп. 5, 6, 7 при изменении гор­ ного давления в пределах 400—1000 кгс/см2 через каждые 100 кгс/см2 .

Создание депрессии приводило в условиях всестороннего сжа­ тия к снижению раскрытое™ трещин, к продольной деформации блока в плюс (увеличение блока), а поперечной — в минус. При небольших нагрузках (300—400 кгс/см2 ) иногда наблюдались продольные деформации блока в минус, а поперечные — в плюс с последующим продолжением деформаций в этих направлениях во время стояния на притоке. Это объясняется внутренним строе­ нием блока и развитием трещин.

Оценка изменения проницаемости трещин показала, что, не­ смотря на увеличение давления всестороннего сжатия, в боль­ шинстве случаев от многократного действия депрессии проница­ емость увеличивалась. Разрушения моделей с закупоркой искус­ ственных трещин не наблюдалось.

При действии горного давления даже в случае небольших на­ грузок (400—600 кгс/см2 ) наблюдались резкое снижение раскры­ тое™ трещин, положительная продольная и отрицательная по­ перечная деформации. Во время стояния на притоке, как прави­ ло, деформации не происходили. В период подъема пластового давления наблюдались деформации противоположных направле­ ний.

Обращает на себя внимание тот факт, что образцы нормально переносили подъем горного давления до 1000 кгс/см2 и выше без

78

признаков разрушения. Они проявляли упругие свойства без остаточных деформаций, но в момент снижения пластового дав­ ления обнаруживался резкий скачок продольной деформации в минус, который продолжался весь период стояния на притоке. Изменение раскрытостн трещин в этом случае было очень незна­ чительное, а подъем давления в трещинах не вызывал противо-

Рпс. 28. Осциллограмма разрушения модели от действия депрессии.

положных деформаций. Повторение цикла опробования приводи­ ло к дополнительному разрушению блока модели и полной заку­ порке трещин.

На рис. 28 показаны кадры осциллограмм, иллюстрирующие разрушение модели от действия депрессии. При разрушении мо­ делей в блоке развивались в основном трещины вертикального направления, о чем свидетельствовало увеличение значений по­ перечных деформаций при снижениях — подъемах .пластового давления.

79

Осмотр образцов после экспериментов позволил составить общую схему деформаций и разрушения блока модели, которая показана на рис. 29, а, б, в, г. На рис. 29, а показаны трещины, образовавшиеся на торцовой части блока. Эти трещины идут вдоль пластин-контактов и расходятся под углами 45°. В местах контактов блоков, как показано на рис. 29, б и в, происходит смятие породы, а трещины, ограничивающие зоны смятия, ухо­ дят вглубь под углами 25—30°. На рис. 29, г показаны трещины, расходящиеся от пластинок-контактов к краю блока и распро­ страняющиеся по образующей цилиндра от верхнего торца до нижнего. Иногда развитие трещин в торцовой части блока за­

канчивалось выколом породы, приводящим к полной закупорке трещин и каналов.

формаций при подъеме, можно заметить, что с каждым циклом блок модели увеличивается в длину, так как отрицательные де­ формации при подъеме давления в большинстве случаев меньше плюсовых деформаций, возникающих от действия депрессии. Эта зависимость показана на рис. 30. С подъемом горного давления разница между двумя графиками, описывающими положитель­ ную и отрицательную деформации, увеличивается до определен­ ного предела, а затем начинает снижаться до нуля. Величины поперечных деформаций от снижения и подъема пластовых дав­ лений мало отличаются друг от друга, за исключением тех случа­ ев, когда начинают развиваться вертикальные трещины. Описан­ ное явление объясняется увеличением длины блока за счет появ­ ления трещин отрыва в плоскости, параллельной поверхности трещин. Развитие трещин в ряде экспериментов приводило к раз­ рушению блока по двум взаимно перпендикулярным направле­ ниям.

Проведенные эксперименты показали, что трещины очень чув­ ствительны к изменению пластового давления .независимо от ти-

80

па нагружения модели. На всех осциллограммах при депрессии отмечалось снижение раскрытое™ трещин, а при повышении дав­ ления — увеличение.

Повышение всестороннего и горного давлений на модели при­ водило к снижению величины деформации трещин от изменения пластового давления. Очевидно, это связано с изменением вели­ чины раскрытое™ трещин от увеличения напряжений на контак­ тах.

§ 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДЕПРЕССИИ НА ПРОНИЦАЕМОСТЬ ТРЕЩИННОГО КОЛЛЕКТОРА

Основной целью исследований было (установление зависимос­ ти проницаемости трещин моделей от величины депрессии при постоянном горном давлении.

Модели с горизонтальными трещинами нагружались осевой нагрузкой, близкой к величине горного давления на глубинах отбора керна, попользованного для приготовления модели. Бо­ ковое давление было принято 350 кгс/см2 , а пластовое 250 кгс/ом2 .

Процесс опробования имитировали с различными депрессия­ ми. О величине проницаемости трещин с|удили косвенным мето­ дам — по скорости подъема давления в гидроаккумуляторе. В за­ висимости от депрессии гидроаккумулятор заполнялся жидкостью с различной скоростью. Поэтому перед экспериментами проводи­ лась тарировка гидравлической системы прокачки жидкости че­ рез трещины модели под действием различных депрессий. Для этого вместо модели из горной породы в камеру бомбы устанав­ ливалась модель с блоком из стали, имеющая такую же прони­ цаемость. Стальной блок в процессе эксперимента не деформи­ ровался, а раскрытое™ трещин не изменялась. В этом сл|учае проницаемость трещинной среды оставалась постоянной, неза­ висимой от (параметров опыта. Линия зависимости времени вос­ становления давления в системе модуль—гидроаккумулятор от величины депрессии на графике была названа нами индикатор­ ной. Очевидно, если при экспериментах на модели из горной по­ роды проницаемость трещин будет изменяться от величины деп­ рессии, то графики времени восстановления давления при раз­ личных депрессиях будут отличаться от индикаторной линии.

Эксперименты проводились на моделях 9, 10, 14, изготов­ ленных из керна, описанного в табл. 20, в следующей последо­ вательности.

1.Создавали пластовые условия: горное давление расчет­ ное, боковое давление 350 кгс/см2 , пластовое давление 250 кгс/ом2 .

2.Выдерживали макет в пластовых условиях 3 ч.

3.Имитировали опробование при различных депрессиях в пре­ делах от 25 до 250 кгс/см2 через каждые 25 кгс/см2 . При этом измерялась скорость восстановления давления в гидроаккумуля­ торе.