Проницаемость пористых сред при фильтрации взвешенных глинистых примесей

На пористых кернах (см. табл. 3.5.1, образцы № 1 и № 4) бы­ли проведены фильтрационные исследования с применением глинистых растворов.

Кольматацию кернов выполняли в процессе прямой фильт­рации глинистых растворов в объеме, равном пятидесяти объ­емам пор. Проницаемость керна № 1 снизилась в результате кольматации от 0,025 до 0,0015 мкм², керна № 4 - от 0,01 до 0,0008 мкм². Затем осуществляли сначала прямую, а затем об­ратную фильтрацию чистой воды под воздействием поля ко­лебаний.

Результаты исследований представлены на рис. 3.5.4 - 3.5.9 в виде кривых приращения проницаемости заглинизированных кернов в зависимости от амплитудных и частотных парамет­ров воздействия, а также в виде временных диаграмм измене­ния проницаемости в процессах фильтрации (рис. 3.5.10, 3.5.11).

Результаты показывают, что приращения проницаемости за­глинизированных кернов во времени при фильтрации под коле­бательным воздействием имеют характер, близкий к тому, кото­рый был уже выявлен при исследованиях с использованием кольматантов - механических частиц. Заметно выражены ам­плитудное "насыщение" и низкочастотная избирательность мак­симальных приращений величины Ак/ко. Однако при фильтраци­онном деформировании глинистых кольматантов в поле колеба­ний обнаруживаются и некоторые характерные отличия, очевид­но связанные с их природой и более сложным их взаимодействи­ем с пористой средой кернов.

0,08 -

100

О

Ак/к

р, кПа

Рис. 3.5.4. Приращение проницаемости пористой среды образца № 1 в ходе прямой фильтрации в зависимости от уровня колебаний давления для раз­лич­ных частот воздействия. Частоты колебаний, Гц:

1-60; 2- 200; 3 - 500; 4 - 1000; 5 - 5000 Ак/к₀

0,06 -

50

р, кПа

Рис. 3.5.5. Приращение проницаемости пористой среды образца № 1 в ходе обратной фильтрации в зависимости от уровней колебаний давления для различных частот воздействия. Частоты колебаний, Гц:

1 - 40; 2 - 100; 3 - 200; 4 - 500; 5 - 1000; 6 - 5000

Ак/к_и

Рис. 3.5.6. Приращение проницаемости пористой среды образца № 1 в ходе прямой фильтрации в зависимости от частоты для различных уровней колебаний давления. Уровни колебаний (среднеквадратичные давления), МПа: 1 - 7,0-КГ³; 2 -17,0Ю"³; 3 - 35,010*; 4 - 70,010"³; 5 -130,0 10"³

log / Гц

Ак/к₀

Рис. 3.5.7. Приращение проницаемости пористой среды образца № 1 в ходе обратной фильтрации в зависимости от частоты для различных уровней ко­лебаний давления. Уровни колебаний (среднеквадратичные давления),

МПа:

1 - 7,0-10 ³; 2 - 17,010 ³; 3 - 35,0 10 ³; 4 - 70,0-10 ³

Ак/ко

0,6

0,8 р, МПа

3.5.8. Приращение проницаемости пористой среды образца № 4 в ходе прямой фильтрации в зависимости от уровней колебаний давления для раз­личных частот воздействия. Частоты колебаний, Гц:

log/ Гц

1 - 100; 2 - 200; 3 - 10; 4 - 500; 5 - 5000

Рис. 3.5.9. Приращение проницаемости пористой среды образца № 4 в ходе прямой фильтрации в зависимости от частоты для различных амплитуд коле­баний давления. Амплитуды колебаний, МПа:

1 - 0,8; 2 -0,6; 3-0,5

Ak/k₀

Выключение воздействия

0,28 0,20

ю

15

пор

V/K

Рис. 3.5.10. Диаграммы приращения проницаемости пористой среды об­разца № 1 в ходе прямой фильтрации под воздействием колебаний давле­ния с амплитудой 0,033 МПа для различных частот. Частоты колебаний, Гц:

1 - 7000; 2 - 1200; 3 - 500; 4 - 200; 5 - 100; 6 - 40 Ак/к₀

Выключение воздействия

10

юр

v/v_m

Рис. 3.5.11. Диаграммы приращения проницаемости пористой среды об­разца № 1 в ходе обратной фильтрации под воздействием колебаний давле­ния с

амплитудой 0,033 МПа для различных частот. Частоты колебаний, Гц:

1 -40; 2 -100; 3-174; ¥-500; 5 -1000; 6-6800; 7- 11 000

Выявлен пороговый по амплитудам колебательного воздей­ствия характер эффекта приращения проницаемости, причем амплитудный порог данного эффекта повышается с увеличе­нием частоты воздействия.

В отличие от предыдущих результатов степень приращения проницаемости при прямой фильтрации под вибрацией весьма существенна и может даже превышать аналогичное вибраци­онное изменение, наблюдаемое при обратной фильтрации. Однако после выключения колебательного поля в процессе фильтрации воды проницаемость керна опять принимает прежнее, а в случае воздействия на избирательных частотах -даже более низкое значение (см. рис. 3.5.10).

В случае обратной фильтрации достигаются необратимые изменения проницаемости кернов, происходит вынос кольма-тирующих глинистых частиц из керна и его "очистка", причем после выключения вибрации достигнутое высокое значение проницаемости в ходе фильтрации снижается опять на опреде­ленное значение (см. рис. 3.5.11).

Вышеописанные обнаруженные временные изменения про­ницаемости, а также выявление амплитудных порогов этих яв­лений, очевидно, можно объяснить способностью глин образо­вывать в пористой среде достаточно сложные струк-туры, раз­витием специфических конкурирующих процессов осаждения, срыва и переноса взвешенных глинистых частиц. При этом в процессе фильтрации в поле упругих колебаний и без воздей­ствия достигаются различные равновесные состояния кольма-танта, что вызывает проявление эффекта "виброфильтра" при прямой фильтрации, частичного вторичного засорения керна после выключения вибрации при обратной фильтрации.

На экспериментальной установке (см. рис. 3.5.1) были вы­полнены фильтрационные исследования в условиях, прибли­женных к промысловым. В качестве генераторов упругих ко­лебаний использовались ГВЗ-108 и КУВ-100. Исследования проводились с применением искусственных кернов (образцы № 6 и 7).

Амплитуду и частоту колебаний генератора ГВЗ-108 регу­лировали изменением расхода нагнетания рабочей жидкости. У генератора КУВ-100 с повышением расхода амплитуда ко­лебаний давления возрастает, а частота колебаний (около 66 Гц) не изменяется.

В кернодержателе-приставке предварительно производили кольматацию пористой среды путем прокачки глинистого рас­твора в количестве 60-100 объемов пор до снижения прони-

цаемости на 2-3 порядка. У образца № 6 исходная проницае­мость снизилась до 0,035 мкм , а у образца № 7 - до 0,008 мкм².

В результате воздействия генератором КУВ-100 при ампли­тудах колебаний до 10 МПа проницаемость образца № 6 воз­росла при прямой фильтрации до 0,5 мкм², а при последующей после этого обратной фильтрации до 0,85 мкм^.

В опытах с образцом № 7 применяли генератор ГВЗ-108. На
рис. 3.5.12 приведена кривая приращения проницаемости по­
ристой среды, загрязненной глинистым кольматантом, в зави­
симости от амплитуды колебательного воздействия. Посколь­
ку с ростом амплитуды повышалась и частота колебаний, то о
низкочастотной избирательности воздействия можно судить
лишь по изменению характера кривизны кривой - выпуклой в
области низких частот и переходящей в вогнутую при повы­
шении амплитуды и частоты. На рис. 3.5.13 представлена кри­
вая приращения проницаемости образца № 7 в ходе прямой
фильтрации в поле ко-

р, МПа

Ak/ko

Рис. 3.5.12. Приращение проницаемости порис­той среды образца № 7 в ходе прямой фильтра­ции в зависимости от амплитуд колебательно­го воздействия, осущест­вляемого с помощью ге­нератора

ГВЗ-108

0,2 0,1

О

-
о °
0---------- '

пор

6 V/K

Рис. 3.5.13. Диаграмма при­ращения проницаемости по­ристой среды образца № 7 в ходе прямой фильтрации под воздействием колебаний давления амплитудой 0,6 МПа, генерируемых с по­мощью генератора ГВЗ-108

лебаний с амплитудой давления 0,6 МПа. Проницаемость об­разца возросла до 0,22 мкм². При осуществлении сразу после этого обратной фильтрации замеры проницаемости выявили значение 0,3 мкм², которое не менялось в ходе дальнейшей фильтрации. Включение поля упругих колебаний с амплиту­дой колебаний 1,0 МПа (частота 100 Гц) привело в ходе фильтрации к полной очистке пористого образца - проницае­мость его восстановилась до исходного 0,35 мкм².