Статистическая обработка экспериментальных данных по исследованию фильтрационных процессов при низкочастотном виброволновом воздействии в нефтенасыщенном образце Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 532.546:622.276.6

СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ НИЗКОЧАСТОТНОМ ВИБРОВОЛНОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ В НЕФТЕНАСЫЩЕННОМ ОБРАЗЦЕ

Дмитрий Сергеевич Евстигнеев

Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, младший научный сотрудник, научно-инженерный центр горных машин и геотехнологий, тел. (983)127-88-52, e-mail: [email protected]

Андрей Владимирович Савченко

Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, кандидат технических наук, научно-инженерный центр горных машин и геотехнологий, тел. (923)245-75-50, e-mail: [email protected]

Приведены результаты статистической обработки экспериментальных данных по изучению фильтрационных процессов в отдельном геоблоке при низкочастотном виброволновом воздействии. По количественным данным объемов флюидов, прокачанных через пористый гидрофильный образец, построены регрессионные уравнения. Анализ полученных зависимостей позволил определить время прорыва водной фазы и количественно подсчитать дополнительный прирост дебита нефти при низкочастотном виброволновом воздействии. Показано образование капиллярно запертых целиковых зон в гидрофильном пористом образце.

Ключевые слова: двухфазная фильтрация, геоблок, виброволновое воздействие, цели-ковые зоны.

STATISTICAL PROCESSING OF EXPERIMENTAL DATA ON INVESTIGATION INTO FILTRATION PROCESSES UNDER LOW-FREQUENCY VIBRATION-WAVE EFFECT ON AN OIL-SATURATED SPECIMEN

Dmitry S. Evstigneev

Chinakal Institute of Mining SB RAS, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Junior Researcher of Mining Machinery and Geotechniques Research Center, tel. (983)127-88-52, e-mail: [email protected]

Andrey V. Savchenko

Chinakal Institute of Mining SB RAS, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Ph. D., Mining Machinery and Geotechniques Research Center, tel. (923)245-75-50, e-mail: [email protected]

The results of statistical processing of experimental data on investigation into filtration processes in a discrete geoblock under low-frequency vibration-wave effect are reported. Regression equations are plotted based on quantitative data on fluid volumes pumped through a porous hydro-philic specimen. The analysis of the resultant relationships enabled to determine time of the water phase rupture and to evaluate quantitatively an oil yield increment under the low-frequency vi-browave effect. The formation of capillary-closed block zones in the hydrophilic porous specimen is demonstrated.

Key words: two-phase filtration, geoblock, vibrowave effect, pillar zones.

Мировые промышленные гиганты и энергетический комплекс требуют все больше топлива в виде нефти, угля, газа и поэтому сырьевые компании стремятся увеличить их добычу. Ученые всех стран признают, что нефтяные месторождения истощены, а потребление угля сильно ухудшает экологию Земли и отрицательно сказывается на биосфере. Для интенсификации добычи нефти на истощенных месторождениях человек искусственно вмешивается в процесс её извлечения, стремясь увеличить как качество, так и количество добываемого полезного ископаемого. Одним из перспективных методов такого воздействия является вибросейсмическое просвечивание нефтяной залежи поверхностными или скважинными виброисточниками, преимущество которого заключается в экономической рентабельности, эргономике применения механизмов и экологической чистоте.

Из блочно-иерархической концепции строения геосред, сформулированной М.А. Садовским и развитой В.Н. Опариным [1-4] следует, что терригенные коллекторы, в нефтяном пласте, расчленены на обособленные объемы (геоблоки) макротрещинами, в которых фильтрация флюида может происходить одновременно как по матрице породы блоков, так и по межблоковым трещинам (рис. 1) [4].

Рис. 1. Схема блочного строения нефтяного пласта

В блочной структуре нефтяного пласта рассмотрим отдельный геоблок произвольной формы окружённый по периметру лабиринтной трещиной (рис. 1). Будем предполагать, что по трещине движется преимущественно водная фаза, и, следовательно, давлению в водной фазе противостоит давление в капиллярах на границе геоблок-трещина. Капиллярное давление является функцией от нефтенасыщенности, и оно будет определять размеры целиковой зоны формирующейся в геоблоке после прорыва водной фазы.

Для проведения экспериментов по влиянию направленного низкочастотного виброволнового воздействия на процесс фильтрации в единичном блоке был подготовлен гидрофильный пористый образец в форме параллелепипеда, размеры которого 12x10,5x6,3 см, с размещенным в нём вибратором, в качестве которого был использован сейсмодатчик ОМТ-12.5 (собственная частота колебаний 12,5 Гц). По периметру образца организована лабиринтная трещина по которой движется вода, так как показано на рис. 2.

Пропитанный маслом, недорогим заменителем нефти, пористый образец помещён в специальную камеру, в которой организована лабиринтная трещина. На нагне-

тательной стороне образца действует гидростатическое давление P2=22540 Па, а на эксплуатационной стороне через штуцер в мерную колбу при атмосферном давлении ^1=0 Па) отбирается весь объём флюидов прошедший как через образец, так и по трещине. Фиксируется время, объём каждой из фаз и по полученным данным строятся графики временной зависимости объемов флюидов прокаченных через образец.

Рис. 2. Схема размещения вибратора внутри геоблока, обтекаемого водой

На рис. 3 сведены данные временной зависимости объемов флюидов, прокаченных через образец по четырем экспериментам, которые условно можно разделить, по времени, на три группы.

200 п

190 -

180-

170-

160-

150-

140-

3 130-

> 120-

110-

100-

Ю 90 :

О 80-

70-

60-

50-

40-

30-

20-

10-

0-

■ V общ Прорыв водной фазы _

• V масла

а V воды

/ А

■ 1 ■ I ■ 1 ■ I 1 I ■ 1 ■ I

10 20 30 40 50 60 70 80

100 110 120 130 140

Время, ч

Рис. 3. Графики временной зависимости объемов флюидов, прокаченных через образец (объединены результаты экспериментов, полученных на 4^ образцах)

К первой группе отнесем данные по регистрации объемов флюидов с 0 по 30 часов. За это время происходит вытеснение масла по трещине, окружающей геоблок. Поскольку плотность масла меньше плотности воды, то первым из выходного патрубка вытекает масло, а затем появляются следы воды. Осложняет процесс регистрации необходимость учета объем флюидов, требуемых для заполнения пространства трещины и патрубка. В этом временном промежутке кривая общего объема, прокаченного через образец с окруженной его трещиной, имеет изгиб. Поскольку интерес

представляет формирование целиковых зон в геоблоке, то на данном временном интервале, с учетом провиденных особенностей, эти данные по объемам в дальнейшем анализе рассматриваться не будут.

Ко второй группе отнесем данные по регистрации объемов флюидов с 30-го по 70-й час. В этом временном интервале идет фильтрация масла и воды в геоблоке, которая заканчивается прорывом водной фазы. Время прорыва предстоит определить из регрессионного анализа.

Наконец, к третьей группе относятся данные по регистрации объемов флюидов после прорыва водной фазы. Главным образом к этой группе будут относится данные по регистрации объемов флюидов, полученные при активном вибровоздействии.

Построим линейные уравнения регрессии по эмпирическим данным для временного диапазона с 42-го по 72-й час, рис. 4.

40 45 50 55 60 65 ТО 75

Рис. 4. Экспериментальные данные временной зависимости объемов флюидов, прокаченных через образец и построенные по ним уравнения линейной регрессии

Коэффициенты детерминации г во всех линейных регрессионных моделях близки к единице (рис. 4), т.е. в случае стационарной фильтрации объёмы флюидов прокачиваемые через систему геоблок-трещина линейно зависимы от времени.

Для временного диапазона с 70-го по 142-й час коэффициенты детерминации г в линейных регрессионных уравнениях составляют 0,97-0,986, рис. 5 (пунктирным линиям соответствует доверительный 95%-й интервал).

Рис. 5. Экспериментальные данные временной зависимости объемов флюидов, прокаченных через образец и построенные по ним уравнения линейной регрессии

Объединяя два временных интервала на одном графике и строя соответствующие уравнения регрессий для каждого из интервалов, можно вычислить время прорыва водной фазы ^ =70 часов, рис. 6.

Рис. 6. Графики временной зависимости объемов флюидов, прокаченных

через образец с 30-го по 150-й час

В эксперименте без вибровоздействия прирост масла начиная с 66-го по 93-й час составил 7 мл или 0,26 мл/ч, причем с 90-го по 93-й час масло не вытеснялось вовсе, рис. 7. Сформировавшиеся целиковые зоны можно увидеть, распилив образец вдоль общего фильтрационного потока, так как показано на рис. 8 [5].

Рис. 7. Графики временной зависимости объемов флюидов, прокаченных через образец без вибровоздействия

Рис. 8. Схема размещения образца в камере и результат распила после прорыва водной фазы. Светлый фон - водная фаза, тёмный - масло. (Всего масла в образце 177,45 г, добыто масла из образца 44,65 г, 74,8% масла осталось в образце, И=1Н15 мм)

Заключение. Образующиеся в процессе вытеснения целики со временем уменьшаются в размерах и частично вовлекаются в поток. Направленное низкочастотное виброволновое воздействие способствует их наискорейшему разрушению и вовлечению в общий фильтрационный поток. На этапе вытеснения масла водой до момента прорыва из системы геоблок-трещина объемный расход вытесненного масла составил 0,84 мл/ч. После прорыва водной фазы, начиная с 70-го часа, при активном вибровоздействии объемный расход вытесненного масла составил уже 0,37 мл/ч, т.е. в 2,3 раза меньше. Без вибровоздействия объемный расход был равен 0,26 мл/ч. Таким образом вибровоздействие ускорило процесс вытеснения масла из геоблока на 0,11 мл/ч, т.е. прирост составил 42% в сравнении с экспериментом без вибровоздействия.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований № 15-05-08824а.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Садовский М.А. Естественная кусковатость горной породы. // ДАН СССР. Т. 247, №4. 1979. С. 829-833.

2. Садовский М.А., Болховитинов Л.Г. Писаренко В.Ф. О свойстве дискретности горных пород. // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. № 12. 1982. - С. 3-19.

3. Опарин В.Н., Юшкин В.Ф., Акинин А.А., Балмашнова Е.Г. О новой шкале структурно-иерархических представлений как паспортной характеристике объектов геосреды // ФТПРПИ, ИГД СО РАН. № 5. 1998. - С. 16-33.

4. Геомеханические и технические основы увеличения нефтеотдачи пластов в виброволновых технологиях / Опарин В.Н., Симонов Б.Ф., Юшкин В.Ф. [и др.]. - Новосибирск: Наука, 2010. 404 с.

5. Евстигнеев Д. С., Симонов Б. Ф., Савченко А. В. Экспериментальное исследование фильтрационных процессов при низкочастотном виброволновом воздействии в нефтенасы-щенном образце // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2016. XII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Недропользование. Горное дело. Направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Геоэкология» : сб. материалов в 4 т. (Новосибирск, 18-22 апреля 2016 г.). - Новосибирск : СГУГиТ, 2016. Т. 3. - С. 95-101.

© Д. С. Евстигнеев, А. В. Савченко, 2017