Дилатансионное воздействие на продуктивный пласт

Дилатансия – это изменение объема материала при сдвиговой деформации. Для
большинства высококонцентрированных дисперсных систем наблюдается увеличение
объема системы. Примерами таких систем могут служить песчаные грунты. Для ряда
дисперсных систем, например, битумов с минеральным наполнителем, обнаружена
дилатансия при наложении вибрации в процессе непрерывного сдвигового

деформирования. Это явление получило название вибродилатансии. Положительная дилатансия обусловлена главным образом тем, что при высоком объемном содержании твердой дисперсной фазы увеличивается число контактов между частицами и уменьшается доля «свободного объема», заполненного дисперсионной средой. Сдвиговая деформация таких систем возможна при условии перемещения частиц в направлении, нормальном к направлению сдвига, т. е. при условии увеличения объема системы.

Дилатансионные процессы возникают при достаточно высокий интенсивности и неравномерности напряженного состояния и сопровождаются увеличением межзерновой пустотности, возникновением и развитием микротрещиноватости, общим разуплотнением структуры породы, которая может достигать величины естественной пористости и даже значительно превышать ее (в плотных, малопористых средах), и, что наиболее важно для рассматриваемой проблемы, на проницаемости, которая при определенных режимах нагружения может увеличиваться несколько раз.

В качестве источника импульсного воздействия, позволяющего создавать

напряженное состояние массива, в практике разработки нефтяных месторождений используется энергия взрыва жидких или газообразных горюче-окислительных составов (ГОС). Взрыв широко применяется для интенсификации добычных и строительных работ как высокоэффективный метод разрушения горных пород на открытых и подземных разработках.

При инициировании взрыва жидких взрывчатых веществ радиус зоны воздействия существенно увеличивается по сравнению с взрывом твердых взрывчатых веществ. В этой связи взрывные работы целесообразно проводить не в призабойной зоне скважины, а помещать взрывчатое вещество непосредственно в пласте с целью создания сети микротрещин и области дилатансионного разуплотнения породы. Таким образом, можно увеличить область разрушения и дилатансионного разуплотнения структуры породы. Кроме того, разрушения горной породы, формирующихся в результате воздействия взрывчатого вещества, образуют вокруг себя область дробления породы. Таким образом, формируется двойная среда, представленная породами, вмещающими нефть, и сетью микротрещин, по которым происходит ее транспортировка.

Вследствие дилатансионного воздействия происходит формирование дренажной системы за счет создания сети трещин с использованием высокого давления, в том числе генерируемого в пласте, и вовлечения в процесс разработки ранее не дренируемых зон.

Основными факторами при дилатансионном воздействия на продуктивный пласт являются механический, тепловой и химический.

Механический фактор. Давление при сжигании порохового заряда в скважине определяется временем его горения и степенью замкнутости объема, в котором происходит горение. На забое скважины давление может достигать 30-100 МПа и более, так как столб жидкости, находящейся в скважине, играет роль своеобразного пакера.

При горении порохового заряда в интервале продуктивного пласта находящаяся там жидкость под давлением образующихся газов вытесняется в пласт, расширяет естественные трещины, поровые каналы и создает новые. Максимальная протяженность остаточной вертикальной трещины при сжигании 100 кг пороха оценивается в 15-18 м при ее раскрытии у стенки скважины 5-7 мм.

Наличие в пласте подобных трещин ведет к многократному увеличению проводимости пласта, а, следовательно, к повышению производительности скважины.

Тепловой фактор. При сгорании 1 кг пороха выделяется 3344-5434 Дж тепловой энергии. Если принять массу заряда, сжигаемого в скважине, равной 200 кг, то тепловая энергия, передаваемая жидкости и окружающей породе, составит 837.2 кДж. Максимальная температура на фронте горения заряда может достигать 3500°С, но за счет достаточно хорошей теплопроводности колонны, жидкости и породы температура среды на уровне стенки скважины не превышает 350°С.

Влияние теплового фактора в процессе дилатансионного воздействия существенно отличается по характеру от обычного нагревания за счет чистой теплопроводности породы пласта. При сжигании порохового заряда наблюдается импульсный характер выделения тепловой энергии. Перенос тепла совмещается с интенсивным движением нагретых жидкости и газообразных продуктов горения вглубь продуктивного пласта. При этом теплопередача скелету пласта за счет теплопроводности, по сравнению с теплопередачей по фронту движения горячего флюида незначительна, поэтому практически все тепло отдается только поверхности поровых и трещинных каналов, а вернее, твердым отложениям и сольватным (аномальным) слоям на поверхности этих каналов.

Нагретые пороховые газы, проникая по поровым каналам вглубь пласта, расплавляют выпавшие в процессе эксплуатации скважины тяжелые компоненты нефти (смолы, асфальтены, парафины). После сгорания заряда давление в скважине снижается и пороховые газы, находящиеся в пласте, вытесняются пластовым флюидом в ствол скважины, увлекая за собой расплавленные отложения. Прогрев по длине порово-трещинных каналов в направлении от стенки скважины вглубь пласта может достигать 10 м.

Химический фактор. При сжигании порохов в скважине происходит химическое воздействие агрессивной газовой фазы продуктов горения на скелет породы и пластовую жидкость.

Основное данной технологии отличие от ГРП заключается в меньшей

продолжительности динамического воздействия на пласт и возможностью регулирования

величины этого воздействия. Также преимущество дилатансионной технологии заключается в возможности селективного воздействия на разрез пласта. Наконец, при сгорании ГОС не образуется твердых веществ, засоряющих пористую среду и отрицательно влияющих на ее коллекторские свойства. Также установлено, что дилатансионное воздействие может принципиально повысить успешность повторных разрывов пласта.

Технология апробирована на десятках нефтяных, газовых, водяных и прочих геотехнологических скважинах в странах СНГ и в странах дальнего зарубежья. В т.ч. на территории ХМАО в 1988 году проводились промысловые испытания дилатансионного воздействия на Стрежевском месторождении. Кроме того в 2007-2008 гг успешное применение дилатансионного воздействия на основе пороховых генераторов давления акустических (ПГДА) отмечено на Славинском, Западно-Славинском и Хултурском месторождениях. И в том и в другом случае достигнут схожий эффект, выразившийся в увеличении дебитов по нефти в 2-2.5 раза с продолжительностью 100-120 сут.