WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |

Рост реологических характеристик эмульсии под действием вибраций объясняется тем, что звуковое поле приводит к диспергированию частиц латекса. Это увеличение степени их дисперсности и способствует росту вязкости латекснефтяной эмульсии. При “старении” эмульсии вязкость повышается, возможно, и по другой причине. При диспергировании латекса в нефти наряду с дроблением дисперсной фазы происходит коалесценция образовавшихся глобул. Некоторая часть глобул латекса коалесцирует, и освободившиеся олигомеры синтетического латекса переходят в нефть и набухают в ней, постепенно растворяясь и повышая вязкость нефти. По-видимому, количество частиц латекса, перешедших в нефть после озвучивания, возрастает по сравнению с эмульсией без акустического воздействия.

Эксперименты с эмульсией показали, что структурно-реологические свойства изменяются только в течение первых суток (кривые 1 и 2 рис. 5.2). Как уже было сказано, предельные значения условной вязкости латекснефтяной эмульсии, возникающие без акустического воздействия через сутки хранения, при звуковой обработке устанавливаются уже спустя 10 минут после звукового воздействия.

Это позволяет сократить время проведения водоизоляционных работ.

1 и 2 – без звукового воздлействия, 3 – предельное значение Рис. 5.2. Зависимость условной вязкости латекснефтяной эмульсии от времени хранения Совмещение звуковой обработки латекснефтяной эмульсии с одновременной её закачкой в пласт с использованием для этой цели, например, гидродинамических излучателей или вихревых свистков [10 - 23] позволит увеличить глубину проникновения эмульсии в пласт и улучшить перемешивание эмульсии с пластовой водой, что приведёт к ускорению гелеобразования и повышению охвата пласта водоизолирующим составом. Следовательно, повысится качество и сократятся сроки проведения водоизоляционных работ.

В настоящее время аналогичные работы проводятся в ОАО «СибИНКор», где гидроволновое воздействие на призабойную зону пласта используется как с целью обеспечения равномерной фильтрации закачиваемого в пласт водоизоляционного состава, так и в восстановлении и увеличении приёмистости скважин после водоизоляционных работ [69].

При движении эмульсии в вихревой камере гидродинамического излучателя, как уже говорилось ранее, в приосевой пространстве вихревой камеры возникает область пониженного давления, которая при определённой величине разряжения схлопывается за счёт заполнения её скважинной жидкостью. Генератор «запирается». После выравнивания давления в вихревой камере и скважинной зоне в генератор через входные отверстия опять начинает подаваться латекснефтяная эмульсия. Поступающая под большим давлением эмульсия опять начинает совершать вращательные движения в вихревой камере, в результате чего опять происходит схлопывание области разряжения в приосевой зоне вихревой камеры и процесс повторяется. Это схлопывание сопровождается излучением звука (волн давления). Частота звуковых колебаний равна частоте запирания генератора или, что то же самое, частоте колебаний скорости V поступления жидкости в ВХ генератор. Однако полного запирания генератора не происходит, и часть жидкости постоянно проходит через генератор. Поэтому скорость подачи жидкости в генератор можно представить в виде осциллирующей около некоторого среднего V =V -cos t значения V т.е. описать следующим выражением:, где V О, ВХ O О – значения постоянной составляющей скорости поступления жидкости в генератор, – амплитуда колебания скорости около среднего значения. Будем считать малой величиной.

На частицу жидкости, движущейся в вихревой камере, действуют центробежная сила инерции, которой в соответствие с принципом эквивалентности Эйнштейна можно сопоставить некоторую эффективную силу тяжести с ускорением, равным gЭФ=ut 2/r, где u – тангенциальная составляющая скорости (скорость вращения жидкости в вихревой камере); r – расстояние от оси вихревой камеры до частицы жидкости в камере.

Оценки для скорости движения жидкости в вихревой камере u проведём как в работе [70] для случая идеальной жидкости. Из закона сохранения момента количества движения следует, что момент количества движение любой жидкой частицы относительно оси вихревой камеры сохраняется постоянным и равным начальному моменту на входе в камеру закручивания:

u r=V RЗ, (5.1) ВХ RЗ= R-d / 2 – расстояние от оси камеры до оси входного канала где ВХ (плечо закручивания); R – радиус вихревой камеры. Так как r ~ R ~ R, то u V.

З ВХ С учётом всего выше сказанного получаем для g следующее выражение:

ЭФ gЭФ=ut 2/r V t 2/ R=V / R-2/ RV cos2t gO- cos2 t. (5.2) ВХ O O =2/ RV – постоянная и переменная составляюЗдесь gO=V /R и O O щие ускорения эффективной силы тяжести.

Таким образом, в качестве условия диспергирования частиц латекса будет рассматриваться неустойчивость границы раздела двух жидкостей (латекса и нефти) в переменном поле тяжести.

Исследованиями установлено, что успешность водоизоляционных работ зависит от частоты звукового воздействия. Это связано с тем, что низкочастотное воздействие, хотя и увеличивает глубину проникновения эмульсии в пласт, не позволяет значительно повысить вязкость эмульсии. Перемешивание эмульсии с пластовой водой в этом случае будет также недостаточно эффективным. Использование звука высокой частоты усиливает диспергирование частиц латекса, однако существует такое значение частоты излучения, выше которого не только не будет происходить дробления частиц латекса, а даже наоборот, будет возможно их слияние.

В нашей ситуации возможно проявление двух типов неустойчивостей, т.е.

двух механизмов разрушения капель латекса.

Один механизм диспергирования жидких частиц латекса обусловлен неустойчивостью границы раздела двух жидкостей с плотностями – латекс и 1 2 - нефть в вертикальном пульсирующем поле тяжести. Согласно этой модели разрушение жидкой частицы латекса обусловлено пульсирующим межфазным напряжением, которое приводит к возбуждению поверхностных волн на границе раздела латекс–нефть. Нарастая, эти волны и приводят к разрыву частицы.

В этом случае уравнение движения границы раздела латекс–нефть запишется в виде (см., например, [71, 72]):

d2 d 2 2 q cos t =[ ], (5.3) О dt dt k 1- 2 gO k 1-212 kk 2 = ± q= где =,,, O 12 1 2 1 k - волновое число; – коэффициент динамической вязкости латекса при i i = 1 и нефти при i = 2; – коэффициент поверхностного натяжения на границе раздела латекс–нефть; k - волновое число поверхностных волн; t - время.

Знак плюс или минус в выражении для собственной частоты поверхностных волн 2 определяется положением движущегося слоя латекса в вихревой O камере. При движении слоя латекса вблизи стенки (в донной части) камеры имеем знак плюс, а при его движении в приповерхностной зоне, т.е. вблизи поверхности раздела: эмульсия – область разряжения, имеем знак минус.

V =const V =V В случае, т.е. при, поверхность раздела, описываеВХ O ВХ мая уравнением (5.3) с k 1- 2 gO k 2 = O 12 1 является неустойчивой, и глобула латекса разрывается на «капли» радиусом R* ~l /k =[ R / 1- 2]1/ 2/V.

K ВХ V =V -cost Однако, когда, возможны следующие сценарии соВХ O бытий. Это стабилизация неустойчивого равновесия, т.е. исключение разрыва глобулы латекса или параметрическое возбуждение поверхностных волн и в результате этого разрыв «капли». Или же происходит разрушение частиц латекса вследствие параметрического возбуждения волн на поверхностности раздела латекс-нефть.

Поступая, как в работах [73-75], представим решение уравнения (5.3) в виде суммы медленной и быстро осциллирующей частей t = t t, где T ~2/O (t) и (t) меняются соответственно с характерными временами и ~O/ ~2/,. Поиск решения в таком виде физически оправдан тем, что благодаря инертности, система слабо откликается на быстрые внешние пульсации.

Подставляя это решение в уравнение (5.3) и усредняя за период ~2/, получим два связанных между собой уравнения:

2 2 q cost =0, (5.4) О 2 2 q cos t =0.

О Учитывая, что ~O ~ 2 ~OO/, можем O сразу проинтегрировать второе уравнение. В результате чего получаем для (t) следующее выражение:

q = cos t.

Подставив это решение для быстро осциллирующей части в верхнее уравнение (5.4), получим для медленно меняющейся составляющей уравнение вида:

q 2 О =. (5.5) Из этого уравнения получим следующее условие стабилизации поверхности раздела, т.е. условие неразрушения глобулы:

q2-222 МИН, где 2 МИН 0. (5.6) O O При выполнении этого условия в эмульсии будут наблюдаться частицы латекса с размерами не меньше, чем R*.

К Наряду со стабилизацией поверхности раздела в этой системе существует и возможность для параметрического возбуждения поверхностных волн, которые могут спровоцировать дробление частиц латекса.

k 1- 2 gO k 2 = При возможно лишь параметрическое возбуO 12 1 ждение поверхностных волн.

Выясним условия для возбуждения параметрического резонанса. Выражение (5.3) является уравнением Матье [76]. Известно, что решение этого уравнения нарастает при = 0 при сколь угодно малых амплитудах возбуждения q, причём возбуждаются волны с частотой /2,, 3/2, …. Наличие вязкости > 0 приводит к тому, что резонансные колебания возникают при конечных q, причём порог их возбуждения определяется вязкостью жидкости.

Будем рассматривать возбуждение основного резонанса, т. е. волн с частотой /2 как наиболее легко возбуждаемых.

Для нахождения условий резонансного возбуждения поверхностных волн будем искать решение уравнения (5.3) в виде:

t=C1sin t/2C cost /. (5.7) Подставляя это решение в (5.3), получим для амплитуд С и С следующую 1 систему алгебраических уравнений:

С1 2 -2/4-q /2 - C2= О (5.8) { C1С1 О-2/ 4q/2 = Из условия разрешимости системы уравнений (5.8) получаем условие возбуждения волн:

q2 - -2/O. (5.9) =422 2 Это есть уравнение гиперболы в координатах (q, 2 ). Из него следует, что О на поверхности возникают волны при q2. (5.10) Значения волновых чисел от частоты излучения найдётся из выражения:

О-2/42=0. (5.11) Из выражений (5.6) и (5.10) следует, что не произойдёт дробления частиц латекса, если будет выполнено неравенство 2 q/-2 2 MIN 1/2. (5.12) O Другой механизм диспергирования жидких частиц латекса обусловлен неустойчивость границы раздела двух пульсирующих потоков: латекса со скоростью U (t) и нефти со скоростью U (t). В результате чего при движении водоизо1 лирующего состава в вихревой камере свистка на частицу латекса действуют пульсирующие сдвиговые напряжения, которые приводят к возбуждению на границе раздела латекс–нефть поверхностных волн. Эти волны, нарастая, и приводят к разрыву частицы.

Тогда движение границы раздела (t) нефть–латекс можно описать уравнением вида [77-80]:

2 3 d d k k u1 + 2 + - = 0, (5.13) dt dt + ( + ) 1 2 1 где и - плотности соответственно латекса и нефти, u = U (t) - U (t) 1 2 1 - сдвиг скорости между латексом и нефтью, - коэффициент поверхностного натяжения; =212 k2/12 - диссипативный параметр [72], и - коэф1 фициенты динамической вязкости латекса и нефти, k - волновое число поверхностных волн, t - время.

Выберем в качестве оценки значения скорости сдвига скорость установившегося движения частицы диаметром d и плотностью в жидкости с плотностью в поле силы тяжести, а именно, u t=d 1-2 gЭФ t/182.

Л Подставляя это значение скорости сдвига в уравнение (5.13) и ограничиваясь линейным по слагаемым, получим следующее уравнение для (t):

d d, (5.14) 2 2 q1 cos t =[ ] Odt2 dt k3 k2 1 2 d 1- 22 gЛ O 2 = где O1 2 324 1 2 2 2 – собственная частота поверхностных волн;

k2 1 2 d 1- 22 gO Л q1= амплитуда вибраций.

171 1 2 Из уравнения (5.14) следует, что поверхность раздела между нефтью и латексом может быть разрушена вследствие сдвиговой неустойчивости даже при отсутствии пульсации скорости, т.е. при q = 0, когда 2 0. При этом в эмульOсии будут наблюдаться капли с эффективным диаметром d, равным:

* 648 1 2 d =.

* 4 k 1 2 d 1-2 g Л O Здесь d – исходный диаметр латексных частиц.

Л Пульсации скорости, т.е. q > 0, могут привести, как и в случае уравнения (5.3) или к стабилизации равновесия, т.е. исключению дробления жидких частиц, или же к параметрической неустойчивости границы раздела, а отсюда и к дроблению частиц латекса.

Проделав те же самые операции, которые были описаны выше, получим, что на границе раздела латекс-нефть возникают волны, если q. (5.15) Волновые числа возникших на поверхности волн найдутся из условия:

О1-2/42=0. (5.16) А при выполнении условия 2 q1/-2О1 MIN1/ 2. (5.16) не будет наблюдаться возникновения волн, приводящих к дроблению частиц.

В выражениях (5.6), (5.12) и (5.17) 2 MIN и 2 MIN соответствует случаям О Оотрицательных значений собственных частот колебаний поверхности раздела. Это наблюдается в том случае, когда слагаемые, связанные с капиллярными силами, меньше сил тяжести или сил «Бернулли». Здесь волновое число k определяетMIN ся размерами исходных «частиц» латекса.

Итак, для качественного выполнения водоизоляционных работ следует тщательно диспергировать частицы латекса в нефти, т.е. необходимо возбуждение волн на поверхности раздела латекс-нефть. Это произойдёт при выполнении условий (5.10) или (5.17). Однако выполнение этих условий приводит лишь к образованию поверхностных волн, а для отрыва капель от поверхности (разрушения целостности поверхности) необходимо увеличить амплитуду колебаний, как показано в работе [81], в четыре раза.

V.1. Экспериментальные работы по селективной изоляции водопритоков в скважинах с акустическим воздействием.

Опытные водоизоляционные работы латекснефтяной эмульсией с акустическим воздействием проводились в скв. №299 и №364 Падунского месторождения НГДУ Краснокамскнефть. В качестве источника звука использовали гидродинамический генератор. В скв. №299 излучатель звука был установлен на забое, а в скв. №364 - на устье скважины.

Скв. №299, расположенная в сводовой части Падунского месторождения, введена в эксплуатацию в 1973 г. фонтанным способом и до августа 1975 г. эксплуатировалась с дебитом 100 300 т/сут безводной нефти. В ноябре 1975 г. в скважину спущен насос ЭЦН-200 при обводнённости продукции 8 10 %. В процессе дальнейшей эксплуатации обводнённость продукции увеличилась и в конце 1976 г. составила 100 %.

Комплексными геофизическими исследованиями (ВЧТ, ИННК, ГГП, ДГД) установлен приток воды плотностью 1,065 т/м3 в интервале глубин 1579,41580,7 м и 1581-1581,8 м (интервал перфорации 1572-1588,8 м). После ВИР латекснефтяной эмульсией в июне 1977 г. исследовали профиль приёмистости и установили, что в результате изоляционных работ интервал 1581-1581,8 м не принимает воду, а включился в работу интервал 1575,7-1577 м. Обводнённость продукции не изменилась. Коэффициент приёмистости скважины равен 800 м3/сут.

МПа.

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.