УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ПОРОДЕ ПЛАСТА ПРИ ГЛУШЕНИИ СКВАЖИН

Полезная модель относится к лабораторным устройствам для проведения исследований фильтрационных процессов в породе пласта при глушении скважин и может быть использована в нефтегазодобывающей промышленности при проведении ремонтных работ в скважинах на месторождениях и подземных хранилищах газа (ПХГ).
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является техническое решение содержащее блок исследуемого материала, зажатый в корпусе посредством верхнего и нижнего уплотнительных элементов, в которых выполнены соответственно верхний и нижний каналы для прохождения рабочего агента (см. полезная модель RU 111664, G01N 15/08, 20.12.2011).
В упомянутом выше техническом решении исследуемый образец представляет собой материал, имеющий по всему своему объему равномерную проницаемость, а рабочий агент прокачивают через рабочий образец под давлением с постоянной скоростью.
В реальных промысловых условиях наблюдается следующее:
- призабойная зона имеет высокопроницаемые участки и менее проницаемые участки, и при глушении скважины технологическая жидкость проникает вначале в высокопроницаемые участки призабойной зоны пласта и далее, с течением времени, в менее проницаемые участки;
- после задавливания технологической жидкости для глушения в скважину и создания давления на забое скважины, превышающего пластовое, процесс фильтрации жидкости для глушения в породу пласта протекает без подачи жидкости для глушения под давлением.
Для проведения точных исследований необходимо организовать в исследуемом образце две зоны с различной проницаемостью и обеспечить прохождение рабочего агента (имитирующего жидкость для глушения) через исследуемый образец самотеком (без постоянного напора рабочего агента).
Таким образом, недостатком упомянутого выше технического решения является недостаточная точность проведения исследований.
Задачей заявленной полезной модели является создание устройства, обеспечивающего проведение эффективных исследований.
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение эффективности проведения исследований фильтрационных процессов в породе пласта за счет более точного моделирования реальных промысловых условий в призабойной зоне пласта.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для проведения исследований фильтрационных процессов в породе пласта содержит блок исследуемого материала, зажатый в корпусе посредством верхнего и нижнего уплотнительных элементов, в которых выполнены соответственно верхний и нижний каналы для прохождения рабочего агента, а также содержит вертикальный сетчатый цилиндр, установленный внутри блока исследуемого материала по всей его высоте, исследуемый материал состоит из гранул разного размера, причем гранулы меньшего размера расположены снаружи сетчатого цилиндра, а гранулы большего размера расположены внутри сетчатого цилиндра, кроме того, верхний уплотнительный элемент имеет полость, выполненную с возможностью размещения в ней всего объема рабочего агента, необходимого для исследований, при этом верхний канал для прохождения рабочего агента, полость верхнего уплотнительного элемента, блок исследуемого материала и нижний канал для прохождения рабочего агента последовательно сообщены по ходу рабочего агента и, кроме того, в нижней части полости выполнено отверстие для слива рабочего агента.
Установка внутри блока вертикального сетчатого цилиндра позволяет разделить упомянутый блок на две различные по пористости зоны, которые имитируют участки призабойной зоны пласта с различной проницаемостью, что позволяет более точно смоделировать породу призабойной зоны пласта и оценить возможность применения исследуемого рабочего агента в качестве жидкости для глушения скважин при различных горно-геологических условиях и, следовательно, повысить точность проводимых в заявленном устройстве исследований фильтрационных процессов в породе пласта.
Выполнение в верхнем уплотнительном элементе полости для рабочего агента позволяет залить в эту полость весь объем рабочего агента и оставить в покое в течении заданного времени, что обеспечивает повышение точности проводимых в заявленном устройстве исследований фильтрационных процессов в породе пласта за счет более точного моделирования естественных условий проникновения жидкости для глушения в призабойную зону пласта.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором приведена схема устройства для проведения исследований.
Устройство включает в себя корпус 1, верхний уплотнительный элемент 2 с выполненным в нем верхним каналом 3 для прохождения рабочего агента, нижний уплотнительный элемент 4 с выполненным в нем нижним каналом 5 для прохождения рабочего агента, блок 6 исследуемого материала с гранулами 7 меньшего размера и гранулами 8 большего размера, ограниченный сверху верхним перфорированным диском 9, имеющим цилиндрическую проточку 10, а снизу нижним перфорированным диском 11, вертикальный сетчатый цилиндр 12, кожух 13, установленный вокруг корпуса с образованием простанства 14, заполненного термостатирующим флюидом, установленный на кожухе 13 штуцер 15, полость 16, выполненную в верхнем уплотнительном элементе 2 и имеющую в нижней боковой части горизонтальное отверстие 17 для слива рабочей среды, сливной патрубок 18, снабженный игольчатым вентилем 19.
Канал 5 для прохождения рабочего агента имеет в верхней части расширение 20, которое обеспечивает возможность поступления в упомянутый канал 5 рабочего агента через все перфорации в нижнем перфорированном диске 11.
Верхний перфорированный диск 9 установлен между верхним уплотнительным элементом 2 и блоком 6 исследуемого материала. Нижний перфорированный диск 11 установлен между нижним уплотнительным элементом 4 и блоком 6 исследуемого материала. Вертикальный сетчатый цилиндр 12 установлен внутри блока 6 исследуемого материала и жестко скреплен нижней поверхностью с нижним перфорированным диском 11, а верхней поверхностью - с верхним перфорированным диском 9. Цилиндрическая проточка 10 выполнена в верхнем перфорированном диске 9 в месте прикрепления к нему вертикального сетчатого цилиндра 12.
Блок 6 исследуемого материала состоит из гранул разного размера, причем гранулы 7 меньшего размера расположены снаружи сетчатого цилиндра 12, а гранулы 8 большего размера расположены внутри вертикального сетчатого цилиндра 12. Перфорации в верхнем 9 и нижнем 11 перфорированных дисках имеют меньший размер, чем размер гранул 7 меньшего размера, что обеспечивает возможность формирования блока 6 исследуемого материала.
Штуцер 15 предназначен для заполнения пространства 14 термостатическим флюидом. Штуцеров 15 может быть несколько и, кроме того, в указанном кожухе 13, как вариант, могут быть выполнены не только штуцера 15, но, например, отверстия и т.д.
Верхний уплотнительный элемент 2 состоит из нижней цилиндрической части, имеющей диаметр равный внутреннему диаметру корпуса 1, и верхней цилиндрической части, имеющей диаметр меньший, чем внутренний диаметр корпуса 1. Между внешней цилиндрической поверхностью верхней части верхнего уплотнительного элемента и внутренней поверхностью корпуса 1 образована кольцевая полость 21.
Система поджатая верхнего уплотнительного элемента 2 к блоку 6 исследуемого материала состоит из первой накидной гайки 22, первого поджимного металлического кольца 23, первого уплотнительного металлического кольца 24, первого резинового кольца 25, второго уплотнительного металлического кольца 26 и второго резинового кольца 27.
Первая накидная гайка 22 навинчена на верхнюю внешнюю поверхность корпуса 1. Первое поджимное металлическое кольцо 23 сопряжено верхней наружной поверхностью с первой накидной гайкой 22, внутренней поверхностью - с верхней наружной поверхностью корпуса 1, а нижней поверхностью - с первым уплотнительным металлическим кольцом 24.
В кольцевой полости 21 последовательно расположены сверху вниз: первое уплотнительное металлическое кольцо 24, первое резиновое кольцо 25, второе уплотнительное металлическое кольцо 26, второе резиновое кольцо 27.
Система поджатая нижнего уплотнительного элемента 4 к блоку 6 исследуемого материала состоит из второй накидной гайки 28, второго поджимного металлического кольца 29, третьего уплотнительного металлического кольца 30, третьего резинового кольца 31, четвертого уплотнительного металлического кольца 32 и четвертого резинового кольца 33.
Нижний уплотнительный элемент 4 состоит из верхней цилиндрической части, имеющей диаметр, равный внутреннему диаметру корпуса 1, и нижней цилиндрической части, имеющей диаметр меньший, чем внутренний диаметр корпуса 1. Между внешней цилиндрической поверхностью нижней части нижнего уплотнительного элемента и внутренней поверхностью корпуса 1 образована кольцевая полость 34. Элементы системы поджатия нижнего уплотнительного элемента 4 расположены в полости 34 аналогично расположению элементов в системе поджатия верхнего уплотнительного элемента 2.
Сборку устройства для проведения исследований осуществляют следующим образом.
В корпус 1 сверху помещают нижний перфорированный диск 11 с жестко скрепленным с ним (посредством, например, сварки и т.д.) вертикальным сетчатым цилиндром 12.
На нижний уплотнительный элемент 4 поочередно надевают четвертое резиновое кольцо 33, четвертое уплотнительное металлическое кольцо 32, третье резиновое кольцо 31, третье уплотнительное металлическое кольцо 30 и второе поджимное металлическое кольцо 29.
После чего нижний уплотнительный элемент 4 вставляют в корпус 1 таким образом, чтобы расширение нижнего канала 5 для прохождения рабочего агента сообщалось с рабочей поверхностью нижнего перфорированного диска 11. Нижний уплотнительный элемент 4 затягивают второй накидной гайкой 28.
Формируют блок 6 исследуемого материала путем заполнения внутренней части вертикального сетчатого цилиндра 12 гранулами 8 большего размера и засыпки с внешней стороны вертикального сетчатого цилиндра 12 гранул 7 меньшего размера. Сверху блока 6 исследуемого материала устанавливают верхний перфорированный диск 9. Вертикальный сетчатый цилиндр 12 скрепляют с верхним перфорированным диском 9 путем вставки его в цилиндрическую проточку 10, выполненную в верхнем перфорирован ном диске 9. Гранулы различного размера имитируют призабойную зону пласта определенной проницаемости.
На верхний уплотнительный элемент 2 поочередно надевают второе резиновое кольцо 27, второе уплотнительное металлическое кольцо 26, первое резиновое кольцо 25, первое уплотнительное металлическое кольцо 24 и первое поджимное металлическое кольцо 23.
Далее уплотнительный элемент 2 сверху помещают в корпус 1 таким образом, чтобы выполненное в нем горизонтальное отверстие 17 совпадало со входным отверстием сливного патрубка 18. Верхний уплотнительный элемент 2 затягивают первой накидной гайкой 22.
Устанавливают вокруг корпуса 1 кожух 13. Сливной патрубок 18 с одной стороны вкручивают в резьбовое отверстие корпуса 1, а с другой - жестко скрепляют с кожухом 13 (посредством, например, сварки и т.д.).
Устройство для проведения исследований фильтрационных процессов в породе пласта работает следующим образом.
При проведении исследований рабочий агент поступает в устройство через верхний канал 3 для прохождения рабочего агента и попадает в полость 16, после чего через перфорации верхнего перфорированного диска 9 проходит через блок 6 исследуемого материала и через перфорации в нижнем перфорированном диске 11 попадает в нижний канал 5 для прохождения рабочего агента, из которого отводится из устройства для проведения исследований.
На первом этапе исследований определяют начальный коэффициент проницаемости исследуемого материала по первому рабочему агенту, представляющему углеводородный флюид (нефть или природный газ) следующим образом.
При закрытом вентиле 19 через верхний канал 3 для прохождения рабочего агента весь необходимый для проведения исследований объем первого рабочего агента задавливают в полость 16 и оставляют его в покое в течение необходимого для исследований времени.
После заданного времени выдержки открывают игольчатый вентиль 19 и через сливной патрубок 18 сливают оставшийся первый рабочий агент.
Проводят определение начального коэффициента проницаемости исследуемого материала по первому рабочему агенту при заданном перепаде давления и заданной температуре по формулам:
- для нефти
- для газа
где µ - коэффициент динамической вязкости прокачиваемой среды;
l, d - высота и диаметр рабочего образца;
P - давление на входе;
am
P - атмосферное давление;
Н
Г
Q, Q - расход нефти и газа.
На втором этапе исследований осуществляют воздействие на исследуемый материал вторым рабочим агентом, представляющим исследуемую жидкость для глушения следующим образом.
При закрытом игольчатом вентиле 19 через верхний канал 3 для прохождения рабочего агента весь необходимый для проведения исследований объем второго рабочего агента (исследуемый состав жидкости для глушения) задавливают в полость 16 и оставляют его в покое в течение заданного времени.
После заданного времени выдержки открывают игольчатый вентиль 19 и через сливной патрубок 18 сливают оставшийся второй рабочий агент.
На третьем этапе исследований определяют коэффициент проницаемости после воздействия второго рабочего агента (исследуемой жидкости для глушения) на исследуемый материал следующим образом.
При закрытом вентиле 19 через верхний канал 3 для прохождения рабочего агента задавливают в полость 16 весь необходимый для проведения исследований объем первого рабочего агента и оставляют его в покое в течение заданного времени.
После заданного времени выдержки открывают игольчатый вентиль 19 и через сливной патрубок 18 сливают оставшийся первый рабочий агент.
Проводят определение коэффициента проницаемости исследуемого материала по первому рабочему агенту после воздействия второго рабочего агента (исследуемой жидкости для глушения) по упомянутым выше формулам (1) и (2).
После проведения всех трех этапов исследования осуществляют сравнение начального коэффициента проницаемости исследуемого материала по первому рабочему агенту и коэффициента проницаемости исследуемого материала по первому рабочему агенту после воздействия второго рабочего агента.
По изменению проницаемости исследуемого материала до и после закачки второго рабочего агента (исследуемой жидкости для глушения) можно судить о влиянии второго рабочего агента на породу пласта.
Если при прокачивании через исследуемый материал (моделирующий породу пласта) второго рабочего агента (исследуемой жидкости для глушения) сохраняется первоначальная проницаемость пласта, то возможно использование второго рабочего агента (исследуемой жидкости для глушения) в газовых или нефтяных скважинах в качестве жидкости для глушения скважин.
Применение заявленного устройства позволит оперативно выявить эффективные составы технологических жидкостей для глушения скважин, применение которых в нефтегазовой промышленности позволит сохранить производительность скважин после проведения в них ремонтных работ.