Разработка средств и методов исследования прочностных параметров пластовых пород при нагрузках, моделирующих технологию нефтедобычи тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ
|
Муравлев, Евгений Викторович
АВТОР
|
||||
|
кандидата технических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Бийск
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2007
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.01
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
на правах рукописи
МУРАВЛЕВ ЕВГЕНИЙ ВИКТОРОВИЧ
Разработка средств и методов исследования прочностных параметров пластовых пород при нагрузках, моделирующих технологию нефтедобычи
Специальность 01 04 01 - Приборы и методы экспериментальной физики
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Бийск 2007
003071519
Работа выполнена в Институте проблем химико-энергетических технологий Сибирского отделения Российской Академии наук
Научный руководитель Доктор технических наук,
профессор,
Ворожцов Борис Иванович
Официальные оппоненты Доктор технических наук,
профессор,
Маркин Виктор Борисович
Доктор технических наук, профессор,
Кульков Сергей Николаевич
Ведущая организация Особое структурное подразделе-
ние Томского государственного университета (Научно-исследовательский институт прикладной математики и механики, г Томск)
Защита состоится «28» мая 2007г в 15-00 ч на заседании диссертационного совета Д 212 004 06 при Алтайском государственном техническом университете им И И Ползунова, по адресу 656038, г Барнаул, пр Ленина, 46
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного технического университета им И И Ползунова
Автореферат разослан «28» апреля 2007г
Ученый секретарь
диссертационного совета Д212 004 06
—-
С П Пронин
Общая характеристика работы
Актуальность работы
В настоящее время в России, в частности, в Западной Сибири, крупные нефтяные месторождения характеризуются значительным падением производительности наиболее продуктивных пластов Доля таких месторождений (по оценкам ИХН СО РАН г Томск) превышает 40% Поэтому одним из основных направлений прогресса в нефтедобывающей отрасли является разработка методов интенсификации нефтедобычи
В ряде организации, как в России, так и за рубежом ведутся интенсивные работы по созданию новых технологий интенсификации нефтедобычи
Наиболее перспективным представляется сочетание широко применяемых методов гидроразрыва пласта с физико-химическим и термогазохи-мическим воздействиями Механизм такого комплексного воздействия на характеристики нефтесодержащих пород (трещинообразование, предел прочности и т д.) практически не исследован, что затрудняет целенаправленное конструирование соответствующей техники воздействия
В связи с этим остро стоит проблема разработки методики и средств исследований эффективности различных методов воздействия на призабой-ные породы в условиях имитационных моделей Такие методы позволят существенно повысить экспрессность проведения испытаний, снизить их стоимость, и, в конечном счете, радикально ускорить внедрение перспективных способов повышения нефтеотдачи обедненных пластов
В связи с этим, тема диссертации, посвященная разработке лабораторного имитационно-измерительного комплекса для исследования основных характеристик образцов нефтяных пород при широком спектре воздействий (импульсного, статического или депрессионного давлений, введение химически активных композиций, термического воздействия) является, несомненно, актуальной
Делью работы является разработка экспериментального комплекса, позволяющего имитировать различные виды воздействия достаточной интенсивности на образцы пород импульсное или статическое давление, ва-куумирование, воздействие температурой и химическими композициями, как в отдельности, так и при их сочетании Исследование воздействия на образцы всего комплекса применяемых технологических нагружений позволяет выбрать наиболее эффективный метод интенсификации нефтедобычи Задачи исследований
1 Разработать и изготовить экспериментальный имитационный комплекс, позволяющий проводить экспресс-анализ влияния различных видов воздействий на механические свойства образцов пород из нефтяных скважин, по своим уровням аналогичным применяемым на скважинах в промышленных условиях При этом
- разработать внутренний источник импульсного давления в виде порохового заряда, что сделает его малогабаритным и автономным,
з
- разработать модули, обеспечивающие статическое или депрессионное давления и термическое нагружение образцов пород,
- обеспечить возможность использование сред, имитирующих условия залегания пород в сочетании с нефтевытесняющими композициями
2 Разработать методику определения минимального и максимального давления нагружения, при которых происходит начало внутреннего трещи-нообразования и разрушение образцов при различных внешних условиях температуре, химических композициях (ИХН-100, термообратимый гель, вода и т д) и времени воздействия
Объектом исследования являются образцы сцементированных песчаников Юрского и Мелового отложений нефтяных скважин ЗападноСибирского региона
Методы исследования Для решения задач исследования при выполнении работ использовались физико-математическое моделирование процессов нагрузки образцов, оценка работоспособности установки высокого давления, теоретические литературные сведения о прочности горных пород, теории трещинообразования и роста трещин (теории хрупкого разрушения Гриф-фитса, Баренблатга) с учетом внешних условий, включая влияния поверхностно активных веществ (теория Ребиндера ПА), литературные данные о влиянии разного рода нагружений на породы нефтяных скважин и сравнение этих данных с результатами испытаний на разработанном экспериментальном комплексе
Научная новизна
1 Разработан автономный экспериментальный комплекс на базе установки высокого давления для исследования прочностных характеристик образцов пород из нефтяных скважин, позволяющий реализовать большое количество видов воздействия на образцы пород нефтяных скважин импульсное, статическое, депрессионное, термическое и химическое воздействия на образцы Установка имеет малые габариты, внутренний источник нагружения, систему измерения и обработки информации
2 Показана возможность экспериментальной оценки комплекса параметров пластовых пород, определяющих технологию нефтедобычи Комплекс позволяет проводить имитационные нагружения образцов в соответствии с планируемой технологией воздействия на нефтесодержащие пласты пород
3 Получены новые экспериментальные данные при использовании разработанного имитационного комплекса
3 1 Вода снижает предел начала трещинообразования на 20%
3 2 Использование нефтевытесняющей композиции ИХН-100 еще дополнительно снижает давление начала трещинообразования на 5. 8%
Практическая ценность
Разработанный комплекс рекомендован к использованию для проведения исследований изменения свойств образцов пород нефтяных скважин при различных видах воздействий (импульсно-взрывном, статическом, термическом, депрессионном, химическом)
Реализация и внедрение
Разработанная и изготовленная установка высокого давления для исследования физико-механических свойств материалов внедрена в Институте химии нефти СО РАН Институтом проблем химико-энергетических технологий СО РАН разослана информация возможным пользователям Данные работы проводились в рамках следующих проектов по программе 7 Президиума РАН "Новые подходы к химии топлив и химическая электроэнергетика", раздел 7 3 "Физико-химические основы создания новых методов повышения производительности нефтяных скважин",
по междисциплинарному интеграционному проекту № 109 «Импульсно-депрессионные методы повышения продуктивности нефтедобывающих скважин»,
по интеграционному проекту РАН - СО РАН №32 "Физико-химические основы новых комплексных методов увеличения нефтеотдачи путем им-пульсно-взрывного воздействия на пласт в сочетании с нефтевытесняющими и гелеобразующими композициями",
по проекту "Физико-математические основы эффективного преобразования энергии высокоэнергетических конденсированных сред для разработки нового оборудования, материалов и технологий" приоритетного направления 15 программы 15 2 фундаментальных исследований СО РАН
Работа выполнена при поддержке гранта НОЦ (Томского государственного университета), выигранного автором в 2006 году
К защите представлены
1 Теоретическое обоснование и практическая реализация экспериментального имитационного комплекса для анализа физико-механических свойств материалов при различных видах воздействий импульсном, статическом, депрессионном, термическом, химическом в сочетании с естественными пластовыми условиями - давлением, температурой, жидкой средой
2 Результаты экспериментальных исследований физико-механических свойств образцов пород нефтяных скважин Западно-Сибирского региона при различных видах, позволяющие оценить перспективность разработанного комплекса для выбора методов воздействия при разработке технологий интенсификации нефтедобычи для каждой скважины
Публикации
Содержание диссертационной работы отражено в 9 научно-технических отчетах и было представлено в виде докладов на 16 Международных и Всероссийских научных конференциях, 15 докладов опубликованы в соответствующих сборниках конференции и в 2-х статьях в рецензируемых журналах
Апробация работы
Материалы результатов работы обсуждались на 2-й Межрегиональной научно-практической конференции с международным участием "Ресурсосберегающие технологии в машиностроении" (26 - 27 сентября, 2002г, г
Бийск), 3-й Всероссийской научно-практической конференции "Ресурсосберегающие технологии в машиностроении" (25-26 сентября, 2003г, г. Бийск), 3-й Всероссийской научно-практической конференции (25 - 27 сентября 2003г.) "Проблемы и методология утилизации смесевых твердых топлив, отходов спецпроизводств и остатков жидких ракетных топлив в элементах ракетно-космической техники Проектирование, отработка и испытания твердотопливных энергетических установок" (г Бийск), Международной конференции НЕМэ - 2004 "Высокоэнергетические материалы, демилитаризация и гражданское применение" (20 - 25 августа 2004г, г Белокуриха), III Всероссийской научно-практической конференции "Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа" (20 - 24 сентября 2004г., г.Томск), Международной научно-технической и методической конференции "Современные проблемы технической химии" (22 - 24 декабря 2004 г, г Казань), семинаре "Химические аспекты нефтедобычи", проводимого компанией «Шлюмберже» совместно с Центром трансфера технологий СО РАН и НП «Центр химических технологий и материалов ИК СО РАН» (6-7 декабря 2004 г, г Новосибирск), IV Всероссийской юбилейной научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии в машиностроении» (23 - 24 сентября 2004 г, г Бийск), V Всероссийской юбилейной научно-технической конференции «Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях» (7-8 октября 2004 г, г.Бийск), 2-й Всероссийской конференции молодых ученых "Физика и химия высокоэнергетических систем" (4 - 6 мая 2006 г, г Томск), И Международной конференции НЕМз-2006 "Высокоэнергетические материалы демилитаризация, антитерроризм и гражданское применение" (11-14 сентября 2006 г, г Белокуриха); I Всероссийской конференции молодых ученых «Перспективы создания и применения конденсированных энергетических материалов» (27-29 сентября 2006 г, г Бийск), V Всероссийской конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики" (2-5 октября 2006г, г Томск)
Личный вклад
Автору принадлежат основные научные результаты теоретических и экспериментальных исследований по разработке установки высокого давления и ее применению для оценки физико-механических свойств образцов Определение диапазона давлений, обеспечивающих испытания любых пластовых пород разной прочности, и учет этих данных в конструкции установки Разработка физико-математической модели внутрибаллистических параметров энергоносителя установки (порохового заряда) и методики исследований
Структура и объем диссертации Диссертационная работа состоит из введения, 3-х глав, заключения, списка литературы и двух приложений Общий объем диссертации 121 страниц текста, диссертация содержит 41 рисунок, 10 таблиц, список литературы из 92 наименований
б
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во Введении обоснована актуальность исследований, научная и практическая значимость полученных результатов, сформулирована цель работы, изложены основные выносимые на защиту положения, приведена краткая характеристика работы
Глава I. Методы исследования физико-механических свойств пород при воздействиях технологиями интенсификации нефтедобычи
Глава представляет литературный обзор особенностей интенсификации нефтедобычи различными методами химическими, механическими, термическими и комбинированными Показаны достоинства и недостатки этих методов Приведены схемы существующих лабораторных установок для исследования механических свойств кернов горных пород и описано влияние различных факторов на лрочностные свойства образцов
Обзор теорий прочности и трещинообразования горных пород, их зависимостей от свойств внутренней среды (наличие воды, ПАВ и др ) позвопяет оценить предельные нагрузки, безусловно обеспечивающие образование в их макроструктуре трещин, и, таким образом, спроектировать достижение максимального давления в установке
Глава II. Имитационный комплекс для исследования физико-механических свойств пород нефтяных скважин
Глава посвящена описанию разработанного автором экспериментального модельного комплекса для исследования физико-механических свойств пород нефтяных скважин
Схема комплекса показана на рисунке 1
Технические характеристики комплекса приведены в таблице 1 Измерительный комплекс включает в себя установку высокого давления, тензометрический датчик давления, усилитель постоянного тока, АРМ (автоматизированное рабочее место), термостат, вакуум-насос и ресивер высокого давления Схема установки высокого давления и внешний вид измерительной системы приведены на рисунке 2
В соответствии с данными прочностных свойств горных пород при различных нагружениях определены уровни импульсного давления (порядка 55МПа), установка рассчитана на давления до 200 МПа, что показывает безопасность ее использования
Герметизация верхней (запальной) крышки 3 осуществлена с помощью стальных и резиновых колец, образующих систему 2, самоуплотняющуюся под действием внутреннего давления В этой крышке смонтирован электроввод 1
Таблица ] - Технические характеристики комплекса
Параметр Значение
; Амплитуда импульсного воздействия, МПа до 200
. Длительность импульсного воздействия, с от 0,0.1 до 1
Температура нагрева, "с до ¡50
Вакуумиронапме, МИа до 0,01
Статическое давление, М! 1а до 20
Масса рабочей части, ке_ не более 15
; Объем рабочей части, см* до 270
А I
установка высокого давления; 2 АРМ; 3 измерительный усилитель постоянного тока; 4 тензомсчричсский датчик давления; 5 - термостат; 6 вакуум-насос; 1 - рем пер высокого: давления^ К манометр)
Рисунок I Схема комплекса (I
а)
б)
Рисунок 2 Установка высокого давления; а) внешшй системы измерения; б) схема установки (1 - начальный стержень;
2 - система уплотнений; 3 - верхняя крьлнка; 4 - пороховой Щ)яд;
5 корпус, 6 - рабочая жидкость; 7 - исслеяуемый образец;
К - низшая крышка: Ч- датчик давлен ия; 10 узел сброса давления;
1\ рубашка для термостат ирова ни я)
Герметизация нижней критики 8 проведена с помощью клананнот уплотнения конструкции металл - отожженная медь - металл.
В дно крышки вкручивается тс то метрический датчик давления типа РЗМЛ фирмы НВМ. В этой же крышке расположен клапан для сброса давления после испытания.
К электровводу в верхней крышке крепится зарядное устройство из бал-листитногр пороха. Набор пороха помещается в миткалевый мешочек, сюда же засыпается навеска дымного пороха для обеспечения воспламенения бал-листитного. Воспламенение производится от нихромовой спирали накаливания от постоянного напряжения 12 В.
Для увеличения длительности воздействия нагружения в качестве энергоносителя может использоваться порох торцевого горения На рисунке 3 приведены кривые давления для сравнения пороха торцевого горения (1) и пороха острого горения (2)
р » гт
О 05 1 15 и
Рисунок 3 - Кривые давления для порохов торцевого горения (1) и трубчатого (2)
Для метрологического обеспечения измерения давления в установке разработана система измерения На рисунке 4 приведена схема системы измерения. Для метрологического обеспечения измерения давления в установке в проведенных экспериментальных исследованиях применялся тензорезистор-ный датчик давления типа РЗМЛ фирмы НВМ, который способен измерять давление до 200 МПа
Рисунок 4 - Структурная схема канала измерения давления в установке высокого давления
В проведенных экспериментальных исследованиях применен 6 канальный усилитель (тензостанция) типа К\У83020В фирмы НВМ, по принципу усиления относящаяся к усилителям постоянного тока (УПТ) УПТ отличаются простотой схемы и удобством управления, могут работать как с параметрическими, так и с генераторными датчиками Полоса частот УПТ простирается от нуля до 10 . 20 кГц Это позволяет использовать их при исследовании как статических, так и динамических процессов В схеме отсутствуют реактивные элементы, поэтому нет причин для возникновения частотных и фазовых искажений При отсутствии мощных источников помех входные кабели могут быть неэкранированными и большой длины
Тензостанция КЛУ83020В обеспечивает усиление выходного сигнала датчика и стабилизированное напряжение для его питания (1В, 5В, 10В). Диапазон входных напряжений - ±(0 60)мВ Напряжение выходного сигнала предусилителя - ±(0,15 . 9,0)В Максимальная длина измерительного кабеля - 500м Предпочтительно подключать датчики к усилителю кабелями, жилы
которых перевиты между собой, имеют общий экран и изолирующую оболочку снаружи и сопротивление которых пренебрежимо мало
Поскольку известные зависимости для расчета необходимой навески пороха (формула Нобля-Абеля) не дают приемлемой точности задания давления в камере (погрешность более 30%), была разработана и программно реализована физико-математическая модель, в которой учтены
- тепловые потери на стенки установки,
- конструктивные параметры установки (двухкамерность, свободный объем, теплофизические характеристики материала, толщина стенок и т д),
- геометрические характеристики заряда (диаметр, толщина горящего свода и т д )
Математическая модель представляется системой обыкновенных дифференциальных уравнений для усредненных по внутреннему свободному объему внутрибаллистических характеристик, так называемое нульмерное описание Внутрибаллистический расчет при этом базируется на уравнениях, выражающих законы сохранения массы и энергии Задача решалась при допущении, что химические реакции не протекают, а термодинамические свойства смеси определяются через массовые концентрации компонентов При этом предполагается, что заряд твердого топлива загорается одновременно по всей рабочей поверхности, а дегрессию выгорания заряда можно описать в рамках геометрического приближения Термодинамика пороховых газов баллиститных топлив изучена достаточно хорошо, влияние реакций диссоциации на температуру горения пренебрежимо мало, поэтому во всех расчетах внутрибаллистических характеристик рекомендуется учитывать только равновесие реакции водяного газа Такой подход позволил получать результаты вполне удовлетворительной точности с наименьшими затратами труда
Систему уравнений для установки высокого давления можно представить в виде
(1)
= нтс+ - У Р
.Г-1. / _г-1р
<т = сг л рТ'
где ? - время работы порохового заряда, р - давление,
Нт—теплота сгорания топлива,
Бь - поверхность конструкции, с которой происходит теплообмен горячих продуктов сгорания топлива при плотности теплового потока q,
ю
С - расход газов; IV- объем камеры, р - плотность заряжания, у - показатель адиабаты
Индекс "Г' характеризует параметры топлива и продуктов сгорания Газоприход С+ за счет горения твердого топлива рассчитывается через скорость горения топлива ит
Плотность теплового потока в уравнении энергии имеет вид Ч = *г0(т*-т*)+а{тх-т0), (2)
где е-эффективная степень черноты системы газ-поверхность, о0 - постоянная Стефана-Больцмана, а - коэффициент конвективной теплоотдачи, Т^ - температура газа,
Т0 - начальная температура Для расчета теплоотдачи посредством конвекции использовался метод теории подобия Исходя из значений определяющих критериев, по формулам теории подобия вычисляется критерий Нуссельта, из которого определяется коэффициент теплоотдачи а Определяющим критерием для свободной конвекции является критерий Грасгофа Теплопроводность и вязкость отдельных газов для равновесного состава определялись по формуле Сезерленда Теплопроводность бинарных смесей определяется по известной формуле Андреевой Эта формула неприменима для многокомпонентной газовой смеси Но в данном случае теплопроводности компонентов смеси, за исключением водорода, близки друг к другу, и газ рассмотрен как бинарная смесь, состоящая из водорода и второго компонента, представляющего собой смесь СО2, НгО, СО и N2, теплопроводность которой принимается равной среднему арифметическому из теллопроводностей всех этих веществ Количество тепла, отдаваемое излучением, выражается законом Стефана-Больцмана Здесь вопрос сводится к нахождению эффективной степени черноты е Для СОг и Н2О полная степень черноты, полученная нами, равна £=0,48 Полученное значение е должно считаться заведомо преуменьшенным Точно рассчитать с невозможно Но, зная нижний предел этой величины и верхний предел, равный единице, принято для расчетов среднее арифметическое из этих двух предельных значений, т е £=0,74
Расчет по программно реализованной физико-математическои модели показал, что с учетом всех источников погрешность задания веса заряда не превышает 10% (рисунок 5)
п
Р МПа
во
эо-
л
«
10
\
Рисунок 5 - Экспериментальная (1) и теоретическая (2) зависимости P(t) Полное описание физико-математической модели приведено в приложении Б диссертации.
Глава ГЛ. Методика проведения эксперимента и опенка работоспособности комплекса диссертации содержит результаты экспериментальных исследований механических свойств пород на разработанном имитационном комплексе, что подтверждает его работоспособность
Отбор образцов. Для исследования используются образцы горных пород, полученные при бурении скважин (керны) Размеры образца длина - 30 40 мм, диаметр - 29 31 мм
Аппаратура. При определении критериев трещинообразования горных пород использовались экспериментальный модельный комплекс, микроскоп (стократное увеличение), фотоаппарат, штангенциркуль
Материалы. Для проведения работ необходимы следующие материалы: рабочая среда (в зависимости от целей исследований), ткань для очистки образцов, навеска высокоэнергетического вещества
Подготовка к испытанию. Перед испытаниями замеряются диаметр образца, его длина и масса Далее образец исследуется на наличие дефектов структуры, при нахождении дефектов (трещин, пор, включений и т д) замеряются геометрические характеристики дефектов, а сами дефекты помечаются маркером Образец помещается в рабочую жидкость, в которой необходимо проводить исследование, и выдерживается в ней в течение 30 суток для полного насыщения пор рабочей жидкостью
Определение давления, необходимого для начала трещинообразования. В зависимости от параметров экспериментов (рабочей среды, температуры и т д.) определяется уровень давления, необходимого для начала трещинообразования Выбираются следующие три значения давления равное расчетному, на 20% ниже расчетного, на 20% выше расчетного. Для этих давлений определяются необходимые навески высокоэнергетического вещества в соответствии с программой расчета внутрибаллистических характеристик
Проведение исследований. Образцы, предварительно насыщенные рабочей жидкостью, помещают в установку высокого давления Далее, в соответствии с программой экспериментов, образцы подвергаются различным воздействиям Далее образцы вынимаются из установки и сушатся
После проведения экспериментов замеряются геометрические значения помеченных дефектов и дефектов, образованных при нагружении
В случае если образец не разрушился, а просто наблюдается увеличение дефектов, возможны проведения исследований изменения предела прочности Эти испытания позволяют выявить наиболее эффективные режимы воздействия имшационных испытаний В этом случае используемое оборудование гидравлический пресс, система измерения давления, система измерения перемещения штока пресса
Подготовленный образец (подвергшийся воздействию в установке высокого давления, высушенный) нагружается статическим давлением до разрушения Фиксируется давление разрушения Проводится сравнение пределов прочности эталонного образца и образца, подвергшегося воздействию
Для исследования деформации образцов измеряются диаметр, длина и масса Определяются пластические деформации и изменение плотности образцов
Все экспериментальные исследования проводись практически при полном заполнении трещин образцов жидкими средами (образцы 30 суток выдерживались в соответствующих жидких средах)
Результаты испытаний:
- определены зависимости начала роста трещин (рисунок 6) при различных видах воздействия (в воде и ИХН-100)
- в насыщенных водой образцах (кривая 3) давление начала образования трещин снижается на 20% по сравнению с сухим образцом (кривая 1),
- использование композиции ИХН-100 (кривая 4) дополнительно снижает давление начала трещинообразования на 5 8%,
- при использовании композиции ИХН -100 трещины развиваются интенсивнее (20 30%) чем в воде (кривая 2, рисунок 7)
Проводилось исследование изменения плотности образцов горных пород после воздействия импульсным давлением в различных рабочих средах Перед испытаниями измерялся объем образцов и их масса, по этим значениям определялась начальная плотность Так как эти показатели у всех образцов разные, то результаты экспериментов целесообразно приводить в безразмерном виде
'<1
У
Рисунок 6 - Начало трещинообразования при различных видах воздействия образцов пород сцементированного песчаника 1 - т еоретическая кривая начала образования трещины, 2 - экспериментальная зависимость начала распространения трещины при воздействии в гелеобразующей композиции, 3 - экспериментальная зависимость начала распространения трещины при воздействии в воде, 4 - экспериментальная зависимость начала распространения трещины при воздействии в нефтевытесняющей композиции ИХН-100
SO 90 ¡00 li'i по 1ЗД t;40p, Рисунок 7 — Зависимости увеличения длин ipetimii при различных видах воздействия: 1 - расчетная зависимость раскрытия трещины от давления; 2 экспериментальные данные при испытаниях в иефтевытесняюшей композиции ИХ! 1-100;
3 - экспериментальные данные при испытаниях в воле.
На рисунке 8 приведены зависимости изменения плотности гтри различных воздействиях. Изменение плотности образцов (явление дилатансии) может свидетельствовать о раскрытий внутренних микротрещин. Для исследования внутренней структуры кернов после воздействия давлением изготав-ливадась шлифы образно». Vía рисунке 9 приведены шлифы кернов до и после испытаний. Из рисунка видно, что трещины образуются и внутри образцов.
Рисунок 8 Зависимости изменения плотности от давления импульсного воздействия: I зависимость изменения плотности от давления при испытаниях в воле; 2 - зависимость изменения плотности от давления при испытаниях в иефтевытесняюшей
композиции IfXI J-J0Ü
б ¡¿¿ь
Рисунок 9 - Шлифы кернов после (а) и до испытания {(5)
Определенные характеристики изменения прочностных пределов в зависимости от нагружения подтверждены оценкой прочности образцов при одноосном статическом нагружении. Качественно картина изменения пределов Прочности совпадает с известными данными, что подтверждает результаты, полученные при импульсных испытаниях в модельных условиях. Па рисунке 10 приведены зависимости предела прочности при статических испытаниях
от предварительного импульсного воздействия в различных передающих давление средах
На рисунке 11 приведены зависимости предела прочности горных пород при нагреве до 350 С и для сравнения - аналогичные зависимости в холодном состоянии.
Рисунок 10 - Зависимости изменения предела прочности а от предварительного импульсного воздействия 1 - кривая изменения предела прочности а для образцов, испытанных в термообратимом геле, 2 - кривая изменения предела прочности а для образцов, испытанных в нефгевытесняющей композиции ИХН-100, 3 - кривая изменения предела прочности а для образцов, испытанных в воде при давлении 100 МПа и нефтевытесняю-шей композиции ИХН-100,4 - кривая изменения предела прочности а для образцов, испытанных в воде при троекратном воздействии
о МПа \
м 2 \ 3
10 ■X 4_
9 у \п / XV
г 7 б 1/ ч \\
ои и л/ 1 л* _ _ __
Р МПа
Рисунок 11 - Зависимости изменения предела прочности а от предварительного импульсного воздействия давлением Р 1 - зависимость изменения предела прочности <г для образцов, испытанных в воде при нагреве до 350°С, 2 - зависимость изменения предела прочности а для образцов испытанных в гелеобразующей композиции МЕТКА при нагреве до 350°С, 3 - зависимость изменения предела прочности а для образцов, испытанных в рабочей среде - термообратимом геле,4 - зависимость изменения предела прочности а для образцов, испытанных в воде при давлении 100 МПа и нефтевытесняющей композиции ИХН-100
Таким образом, исследованиями установлено
- образцы пород, подвергавшиеся ранее воздействию импульсным давлением, разрушаются при одноосном нагружении при более низком усилии, чем образцы без каких-либо предварительных воздействий,
- у «мокрых» образцов давление начала трещинообразования ниже, чем у «сухих» Различия в поведении воздушно-сухих и водонасыщенных образцов пород вызываются механическим действием поровой воды, кото-
рое способствует развитию трещин при меньших долях разрушающей нагрузки и снижает прочность,
- прочность образцов, предварительно подвергавшихся ранее многоразовому импульсному нагружению значительно ниже, чем у других образцов, что также подтверждает появление и развитие микротрещин в процессе циклического импульсного нагружения и при статическом нагружении,
- явление дилатансии наблюдалось для всех исследуемых пород, что также может быть объяснено раскрытием микротрещин в образцах перед разрушением
В Заключении представлены основные выводы и результаты работы
В Приложении приведены акт внедрения установки высокого давления в ИХН СО РАН и физико-математическая постановка и решение задачи определения внутрибаллистических параметров установки высокого давления, которая позволяет с погрешностью до 10% определить навеску пороха для создания заданного уровня давления
Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем.
1 Впервые разработан экспериментальный имитационный комплекс на основе пороховой установки высокого давления, позволяющий исследовать физико-механические характеристики твердых материалов, включая горные породы, в широком диапазоне давлений (до 200 МПа, безопасность установки гарантирована коэффициентом запаса более 2) при различных вариантах нагружения (импульсном, статическом, депрессионном, химическом и термическом)
2 Разработана методика проведения исследований, обеспечивающих определение условий трещинообразования в образцах При этом назначение импульсного давления определяется с учетом теоретических основ трещино-стойкости материалов и ожидаемого снижения этого параметра, связанного с условиями эксперимента (температурой, влиянием ПАВ, воды, скоростью нагружения) Определение массы навески порохового заряда, для реализации заданного уровня давления, производится по разработанной методике с погрешностью до 10%
3 Показана эффективность использования установки на примерах исследования комплексного воздействия импульсного давления на образцы, находящиеся в различных средах и условиях, например водная среда насыщающей поры и трещины снижает предел прочности на 15%, применение в этих условиях композиции ИХН-100, разработки Института химии нефти СО РАН дополнительно снижает предел трещинообразования еще на 7 8% Этот факт подтверждает успешное применение ИХН-100 при добыче нефти на скважинах Западно-Сибирского региона,
4 Исследование трещиностойкости образцов, подвергавшихся различным воздействиям в модельном комплексе, в условиях одноосного сжатия качественно совпадает с известными данными, что подтверждает эффективность использования установки
Основное содержание диссертационного исследования опубликовано в следующих работах:
1 Муравлев, Е.В. Повышение КПД универсальной пороховой газодинамической установки /ЕВ Муравлев, П В Верещагин, И Л Титов, В А. Беляев // 2 Межрегиональная научно-практическая конференция с международным участием "Ресурсосберегающие технологии в машиностроении" материалы конф -Бийск, 2002 - С 18-21
2 Муравлев, Е.В. Исследование комплексного воздействия импульсного давления ВЭМ в сочетании с нефтевытесняющими композициями на приза-бойные породы /ЕВ Муравлев, Б И Ворожцов, М Г. Потапов, Ю В Хру-сталев, JIК Аптунина, В А Кувшинов // 3 Всероссийская научно-практическая конференция "Проблемы и методология утилизации смесевых твердых топлив, отходов спецпроизводств и остатков жидких ракетных топ-лив в элементах ракетно-космической техники Проектирование, отработка и испытания твердотопливных энергетических установок" материалы конф -Бийск,2004 -С 124-128
3 Муравлев, Е В. Установка высокого давления для исследования механических свойств образцов пород из нефтяных скважин / Е В Муравлев, М Г Потапов, JIК Алтунина, Б И Ворожцов, Ю В Хрусталев, А А Павленко // Международная конференция HEMs -2004 "Высокоэнергетические материалы, демилитаризация и гражданское применение" тез докл - Белокуриха, 2004 - С 138
4 Муравлев, Е В. Установка для исследования физико-химических воздействий на образцы пород нефтяных скважин в условиях высоких давлений /ЕВ Муравлев, Л К Алтунина, М Г Потапов, В А Кувшинов, Ю В Хрусталев, А А Павленко // III Всероссийская научно-практической конференция "Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа" материалы конф - Томск, 2004 -С 63-66
5 Муравлев, Е.В Экспериментальные исследования физико-механических свойств пород нефтяных скважин / ЕВ Муравлев, Л К Алтунина, Б И Ворожцов, Ю В Хрусталев, А А Павленко // Международная научно-техническая и методическая конференция "Современные проблемы технической химии", материалы конф - Казань, 2004 - С 541-547
6 Муравлев, Е.В. Автономный экспериментальный комплекс для исследования воздействий химических реагентов на физико-механические свойства горных пород нефтяных скважин /ЕВ Муравлев, Б.И Ворожцов, Л К Алтунина, В А Кувшинов, А А. Павленко, Ю В Хрусталев // Семинар «Химические аспекты нефтедобычи» тез докл - Новосибирск, 2004 -С 37-38
7 Муравлев, Е.В. Исследование распределения давления передающей среды в пороховых гидроимпульсных установках / ЕВ Муравлев, П В Верещагин, И А Титов, В А Беляев // IV Всероссийская юбилейная научно-практическая конференция «Ресурсосберегающие технологии в машиностроении» материалы конф - Бийск, 2004 - С 126-128
8 Муравлев; E.B. Измерение распределения давления передающей среды в пороховых гидроимпульсных установках / Е.В Муравлев, А А Мищенко, В А Абанин, И А Титов // V Всероссийская юбилейная научно-техническая конференция «Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях»: материалы конф - Бийск, 2004 г - С 273-277
9 Gauging of Pressure Profile of the Transmitting Medium in Powder Hydroimpulse / EV Muravlev, IA Titov, VA Abanm, A A Mishchenko //Setting Sixth International Siberian Workshop and Tutorials on Electron Devices and Materials EDM'2005 Novosibirsk, 2005 - P.90-92.
10 Влияние различных факторов на прочностные свойства пород нефтяных скважин при высоких давлениях /ЕВ Муравлев, Ю В Хрусталев, Б.И Ворожцов, JIК Алтунина, А А Павленко // Ползуновский вестник - 2006 -№2-2 - С 84-89
11 Муравлев, Е.В Метод лабораторного исследования прочностных свойств пород нефтяных скважин /ЕВ Муравлев // 2 Всероссийская конференция молодых ученых «Физика и химия высокоэнергетических систем» материалы конф - Томск, 2006 - С 437 - 440
12 Muravlev, E.V. Analysis of the Combined Stimulation of Well Productivity in Bottomhole Zone / E V Muravlev, S S Bondarchuk, L К Altunina, В I Vorozhtsov, Yu V Khrustalev, A A Pavlenko // II International Workshop «HEMs-2006» Belokurikha, 2006 -P 152
13 Муравлев, Е.В. Физика нефтяного пласта при высоких давлениях / Е В Муравлев, Ю В Хрусталев, Б И Ворожцов, А А Павленко // I Всероссийская конференция молодых ученых «Перспективы создания и применения конденсированных энергетических материалов» материалы конф -Бийск,2006 -С. 141-145
14 Метод лабораторного исследования процесса трещинообразования пород нефтяных скважин /ЕВ Муравлев, Ю В Хрусталев, Б И Ворожцов, Л К Алтунина, А А Павленко II Известия высших учебных заведений Физика.-2006 -Т49,№6 -С 108-110
15 Муравлев, Е.В. Метод лабораторного исследования физико-механических свойств горных пород /ЕВ Муравлев, Ю В Хрусталев, Б И Ворожцов, JIК Алтунина, А.А Павленко // Международная научно-техническая и методическая конференция "Современные проблемы технической химии": материалы конф - Казань, 2006 г. - С 554 - 558
16 Муравлев, Е.В. Комплексное воздействие на призабойную зону для повышения нефтеотдачи пластов / ЕВ. Муравлев, Ю В Хрусталев, Б И Ворожцов, JIК Алтунина, А А. Павленко // Пятая Всероссийская конференция "Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики": материалы конф -Томск,2006 -С 140-142
17 Муравлев, Е.В. Математическая модель анализа изменения нефтеотдачи при комбинированных воздействиях на призабойную зону / Е.В Муравлев, С.С Бондарчук, JIK Алтунина, Б И Ворожцов, ЮВ Хрусталев, А А Павленко // Пятая Всероссийская конференция "Фундаментальные и
прикладные проблемы современной механики" материалы конф - Томск, 2006-С 138-140
18 Разработка и исследование пороховых гидроимпульсных установок / Е В Муравлев, И А. Титов, П.В Верещагин, В А Беляев // Бийский Вестник Специальный выпуск 2007 -№10 - С 61-63
Подписано в печать 26 04 2007г Гарнитура Тайме Тираж 100 экз Заказ № 259
Отпечатано в типографии «ГРАФИКС» Лицензия ПД №12-0150 от 14 ноября 2001 г 656031 г Барнаул, ул Крупской, 108 оф 105 тел 388-499, тел/факс 628-337 e-mail graphx@dsmail ru
Введение
1 Методы исследования физико-механических свойств пород при воздействиях технологиями интенсификации нефтедобычи.
1.1 Методы воздействия на призабойную зону скважины.
1.1.1 Гидравлический разрыв пласта.
1.1.2 Химические методы воздействия.
1.1.3 Тепловая обработка призабойной зоны скважины.
1.1.4 Газодинамическое воздействие на призабойную зону скважины.
1.2 Аппаратура и методика исследований физико-механических свойств горных пород при высоких давлениях.
1.3 Влияние различных факторов на прочность горных пород.
1.3.1 Влияние термического воздействия на предел прочности.
1.3.2 Влияние скорости нагружения на предел прочности.
1.3.3. Влияние на предел прочности дефектов структуры.
1.3.4 Влияние на предел прочности химически активных сред, находящихся в порах образца.
1.3.5 Влияние механического действия внутрипорового давления жидкости.
2 Измерительный комплекс для исследования физико-механических свойств пород нефтяных скважин.
2.1 Требования к установке высокого давления.
2.2 Прочностные расчеты элементов установки высокого давления.
2.2.1 Определение толщины стенки цилиндрического корпуса установки высокого давления.
2.2.2 Расчет на прочность резьбовых соединений.
2.3 Экспериментальный измерительный комплекс для исследования прочностных свойств пород нефтяных скважин.
2.4 Физико-математическая модель внутрибаллистических параметров установки высокого давления.
2.5 Метрологическое обеспечение измерения давления в установке высокого давления.
2.5.1 Обоснование физического принципа работы канала измерения давления и выбор его структурной схемы.
2.5.2 Технические параметры и метрологические характеристики измерительного канала.
2.5.3 Оценка погрешности канала измерения давления в установке высокого давления.
3 Методика проведения эксперимента и оценка работоспособности комплекса.
3.1 Методика проведения экспериментов.
3.2 Экспериментальные исследования прочностных свойств пород нефтяных скважин.
3.3 Исследование прочностных свойств горных пород при статических испытаниях.
3.4 Анализ результатов лабораторных исследований механических свойств пород призабойной зоны.
Выводы.
В настоящее время в России, в частности, в Западной Сибири, крупные нефтяные месторождения характеризуются значительным падением наиболее продуктивных пластов. Доля таких месторождений (по оценкам ИХН СО РАН г. Томск) превышает 40%. Поэтому одним из основных направлений прогресса в нефтедобывающей отрасти является разработка новых методов интенсификации нефтедобычи.
В ряде научных организации в России ведутся интенсивные работы по созданию новых технологий воздействия на призабойные зоны нефтяных пластов.
Перспективным представляется сочетание широко применяемых методов гидроразрыва пласта с физико-химическим и термогазохимическим воздействиями. Механизм такого комплексного воздействия на характеристики нефтесодержащих пород (трещинообразование, предел прочности и т.д.) практически не исследованы, что затрудняет целенаправленное конструирование соответствующей техники воздействия.
В связи с этим, остро стоит проблема разработки методики и средств исследований эффективности различных методов воздействия на призабойные породы в условиях имитационных моделей. Такие методы позволят существенно повысить экспрессность проведения испытаний, снизить их стоимость, и, в конечном счете, радикально ускорить внедрение перспективных способов повышения нефтеотдачи обедненных пластов.
В связи с этим, тема диссертации, посвященная разработке лабораторного имитационно-измерительного комплекса для исследования основных характеристик образцов нефтяных пород при широком спектре воздействий на них (импульсного, статического или депрессионного давлений, введение химически активных композиций, термического воздействия) является, несомненно, актуальной.
Целью работы является разработка экспериментального комплекса, позволяющего имитировать различные виды воздействия достаточной интенсивности на образцы пород: импульсное или статическое давление, ва-куумирование, воздействие температурой и химическими композициями, как в отдельности, так и при их сочетании. Исследование воздействия на образцы всего комплекса применяемых технологических нагружений позволяет выбрать наиболее эффективный метод интенсификации нефтедобычи.
1 Разработать и изготовить экспериментальный имитационный комплекс, позволяющий проводить экспресс-анализ влияния различных видов воздействий на механические свойства образцов пород из нефтяных скважин, по своим уровням аналогичным применяемым на скважинах в промышленных условиях. При этом:
- разработать внутренний источник импульсного давления в виде порохового заряда, что сделает его малогабаритным и автономным;
- разработать модули, обеспечивающие статическое или депрессионное давления и термическое нагружение образцов пород;
- обеспечить возможность использование сред, имитирующих условия залегания пород в сочетании с нефтевытесняющими композициями.
2 Разработать методику определения минимального и максимального давления нагружения, при которых происходит начало внутреннего трещи-нообразования и разрушение образцов при различных внешних условиях: температуре, химических композициях (ИХН-100, термообратимый гель, вода и т.д.) и времени воздействия.
Объектом исследования являются образцы сцементированных песчаников Юрского и Мелового отложений нефтяных скважин ЗападноСибирского региона при различных видах воздействий (импульсно-взрывном, статическом, термическом, депрессионном, химическом).
Методы исследования Для решения задач исследования при выполнении работ использовались физико-математическое моделирование процессов нагрузки образцов, оценка работоспособности установки высокого давления, теоретические литературные сведения о прочности горных пород, теории трещинообразования и роста трещин (теории хрупкого разрушения Гриф-фитса, Баренблатта) с учетом внешних условий, включая влияния поверхностно активных веществ (теория Ребиндера П.А.), литературные данные о влиянии разного рода нагружений на породы нефтяных скважин и сравнение этих данных с результатами испытаний на разработанном экспериментальном комплексе.
Научная новизна
1 Разработан автономный экспериментальный комплекс на базе установки высокого давления для исследования прочностных характеристик образцов пород из нефтяных скважин, позволяющий реализовать большое количество видов воздействия на образцы пород нефтяных скважин: импульсное, статическое, депрессионное, термическое и химическое воздействие на образцы. Установка имеет малые габариты, внутренний источник нагруже-ния, систему измерения и обработки информации.
2 Показана возможность экспериментальной оценки комплекса параметров пластовых пород, определяющих технологию нефтедобычи. Комплекс позволяет проводить имитационные нагружения образцов в соответствии с планируемой технологией воздействия на нефтесодержащие пласты пород.
3 Получены новые экспериментальные данные при использовании разработанного имитационного комплекса.
3.1 Вода снижает предел начала трещинообразования на 20%.
3.2 Использование нефтевытесняющей композиции ИХН-100 еще дополнительно снижает давление начала трещинообразования на 5.8%.
Практическая ценность
Разработанный комплекс рекомендован к использованию для проведения исследований изменения свойств образцов пород нефтяных скважин при различных видах воздействий (импульсно-взрывном, статическом, термическом, депрессионном, химическом).
Реализация и внедрение
Разработанная и изготовленная установка высокого давления для исследования физико-механических свойств материалов внедрена в Институте химии нефти СО РАН. Институтом проблем химико-энергетических технологий СО РАН разослана информация возможным пользователям.
Данные работы проводились в рамках следующих проектов: по программе 7 Президиума РАН "Новые подходы к химии топлив и химическая электроэнергетика", раздел 7.3 "Физико-химические основы создания новых методов повышения производительности нефтяных скважин"; по междисциплинарному интеграционному проекту № 109 «Импульс-но-депрессионные методы повышения продуктивности нефтедобывающих скважин»; по интеграционному проекту РАН - СО РАН №32 "Физико-химические основы новых комплексных методов увеличения нефтеотдачи путем импульсно-взрывного воздействия на пласт в сочетании с нефтевытес-няющими и гелеобразующими композициями"; по проекту "Физико-математические основы эффективного преобразования энергии высокоэнергетических конденсированных сред для разработки нового оборудования, материалов и технологий" приоритетного направления 15 программы 15.2 фундаментальных исследований СО РАН.
Работа выполнена при поддержке гранта НОЦ (Томского государственного университета), выигранного автором в 2006 году.
К защите представлены
1 Теоретическое обоснование и практическая реализация экспериментального имитационного комплекса для анализа физико-механических свойств материалов при различных видах воздействий: импульсном, статическом, депрессионном, термическом, химическом в сочетании с естественными пластовыми условиями - давлением, температурой, жидкой средой.
2 Результаты экспериментальных исследований физико-механических свойств образцов пород нефтяных скважин Западно-Сибирского региона при различных видах, позволяющие оценить перспективность разработанного комплекса для выбора методов воздействия при разработке технологий интенсификации нефтедобычи для каждой скважины.
Публикации
Содержание диссертационной работы отражено в 9 научно-технических отчетах и было представлено в виде докладов на 16 Международных и Всероссийских научных конференциях, 15 докладов опубликованы в соответствующих сборниках конференции и в 2-х статьях в рецензируемых журналах.
Апробация работы
Материалы результатов работы обсуждались на 2-й Межрегиональной научно-практической конференции с международным участием "Ресурсосберегающие технологии в машиностроении" (26 - 27 сентября, 2002г., г. Бийск); 3-й Всероссийской научно-практической конференции "Ресурсосберегающие технологии в машиностроении" (25-26 сентября, 2003г., г. Бийск); 3-й Всероссийской научно-практической конференции (25 - 27 сентября 2003г.) "Проблемы и методология утилизации смесевых твердых топлив, отходов спецпроизводств и остатков жидких ракетных топлив в элементах ракетно-космической техники. Проектирование, отработка и испытания твердотопливных энергетических установок" (г. Бийск); Международной конференции HEMs - 2004 "Высокоэнергетические материалы, демилитаризация и гражданское применение" (20 - 25 августа 2004г., г.Белокуриха); III Всероссийской научно-практической конференции "Добыча, подготовка, транспорт нефти и газа" (20 - 24 сентября 2004г., г.Томск); Международной научно-технической и методической конференции "Современные проблемы технической химии" (22 - 24 декабря 2004 г, г. Казань); семинаре "Химические аспекты нефтедобычи", проводимого компанией «Шлюмберже» совместно с Центром трансфера технологий СО РАН и НП «Центр химических технологий и материалов Ж СО РАН» (6-7 декабря 2004 г., г. Новосибирск); IV Всероссийской юбилейной научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии в машиностроении» (23 - 24 сентября 2004 г., г. Бийск); V Всероссийской юбилейной научно-технической конференции «Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях» (7-8 октября 2004 г., г.Бийск); 2-й Всероссийской конференции молодых ученых "Физика и химия высокоэнергетических систем" (4-6 мая 2006 г., г.Томск), II Международной конференции НЕМз-2006 "Высокоэнергетические материалы: демилитаризация, антитерроризм и гражданское применение" (11-14 сентября 2006 г., г.Белокуриха); I Всероссийской конференции молодых ученых «Перспективы создания и применения конденсированных энергетических материалов» (27-29 сентября 2006 г., г. Бийск); V Всероссийской конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики" (2-5 октября 2006г., г.Томск).
Личный вклад
Автору принадлежат основные научные результаты теоретических и экспериментальных исследований по разработке установки высокого давления и ее применению для оценки физико-механических свойств образцов. Определение диапазона давлений, обеспечивающих испытания любых пластовых пород разной прочности, и учет этих данных в конструкции установки. Разработка физико-математической модели внутрибаллистических параметров энергоносителя установки (порохового заряда) и методики исследований.
Структура и объем работы
Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 92 наименований и двух приложений, изложена на 121 страницах машинописного текста, содержит 41 рисунок, 10 таблиц.
В первой главе приведены обзор существующих методов интенсификации добычи нефти, анализ их основных достоинств и недостатков, который позволил сделать вывод о перспективности комплексного воздействия на призабойные породы, в котором реализуются одновременно воздействие давлением, термическое и химическое. Приведены схемы применяемой аппаратуры и методики исследований физико-механических свойств горных пород при высоких давлениях. Анализ существующих установок и методик исследований позволил сделать вывод о недостатках данных технологий и методах их устранения. Также проведен анализ влияния на прочность горных пород отдельных факторов: температуры, скорости деформации, влияние жидкой фазы, который подтвердил необходимость проведения исследований влияния комплексов воздействий на структуры и свойства пород.
Во второй главе описана принципиальная схема экспериментального комплекса на базе установки высокого давления для исследования физико-механических свойств горных пород, приведены его технические характеристики и возможности. Подробно описаны основные составные элементы экспериментального комплекса, такие, как установка высокого давления, система измерения давления и система задания температуры. Рассмотрен метод задания максимального давления в установке с использованием порохового заряда (для более точного определения внутрибаллистических параметров предложена физико-математическая модель, описывающая изменение газодинамических параметров в полостях установки, которая представлена системой обыкновенных дифференциальных уравнений для усредненных по внутреннему свободному объему внутрибаллистических характеристик).
В третьей главе приведена методика экспериментальных исследований трещинообразования пород нефтяных скважин. Представлены результаты применимости комплекса для экспериментальных исследований свойств пород нефтяных скважин Западно-Сибирского региона. Определены давления трещинообразования и разрушения образцов пород. Результаты проиллюстрированы фотографиями образцов и их шлифов. Приведены результаты исследования влияния различных воздействий (давления, температуры и при насыщении образцов жидкими средами) на предел прочности пород ЗападноСибирского региона.
В заключение автор выражает глубокую благодарность научному руководителю г.н.с., д.т.н. Ворожцову Борису Ивановичу, с.н.с., к.ф.-м.н. Хруста-леву Юрию Владимировичу как постоянному соруководителю работы и зав. лабораторией "Физики преобразования энергии высокоэнергетических материалов", к.ф.-м.н. Павленко Анатолию Александровичу.
Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:
1 Впервые разработан экспериментальный имитационный комплекс на основе пороховой установки высокого давления, позволяющий исследовать физико-механические характеристики твердых материалов, включая горные породы, в широком диапазоне давлений (до 200 МПа, безопасность установки гарантирована коэффициентом запаса более 2)при различных вариантах нагружения (импульсном, статическом, депрессионном, химическом и термическом).
2 Разработана методика проведения исследований, обеспечивающих определение условий трещинообразования в образцах. При этом назначение импульсного давления определяется с учетом теоретических основ трещино-стойкости материалов и ожидаемого снижения этого параметра, связанного с условиями эксперимента (температурой, влиянием ПАВ, воды, скоростью нагружения). Определение массы навески порохового заряда производится по разработанной методике с погрешностью до 10%.
3 Показана эффективность использования установки на примерах исследования комплексного воздействия импульсного давления на образцы, находящиеся в различных средах и условиях, например водная среда насыщающей поры и трещины снижает предел прочности на 15%, применение в этих условиях композиции ИХН-100, разработки Института химии нефти СО РАН дополнительно снижает предел трещинообразования еще на 7.8%. Этот факт подтверждает успешное применение ИХН-100 при добыче нефти на скважинах Западно-Сибирского региона;
4 Исследование трещиностойкости образцов, подвергавшихся различным воздействиям в модельном комплексе, в условиях одноосного сжатия качественно совпадает с известными данными, что подтверждает эффективность использования установки.
1. Савченко, В.П. Формирование, разведка и разработка месторождений газа и нефти текст. М.: Институт природных газов. - Недра, 1977. -414 с.
2. Бурение глубоких скважин и добыча нефти Сборник статей Редко-легия: A.B. Зубарев (пред.) и др.. М.: Недра, 1971. - 580 с.
3. Справочная книга по добыче нефти / Под ред. д.т.н. Ш.К. Гижатиди-нова текст. -М.: Недра. 1974. - 400 с.
4. Гужков, С.С. Как ищут и добывают нефть и газ текст. М.: Недра, 1973.-250 с.
5. Авдокин, А.Н. Выбор способа добычи нефти текст. М.: Недра, 1971 -320 с.
6. Бабалян, Г.А. Физико-химические процессы в добыче нефти текст. -М.: Недра, 1974.-350 с.
7. Брод, И.О. Основы геологии нефти и газа. Краткий курс. Учеб. пособие для ВУЗов текст. / И.О. Брод, H.A. Еременко. М.: изд-во МГУ, 1950 -450 с.
8. Губкин, И.М. Учение о нефти текст. М.: Наука, 1975. - 220 с.
9. Балакирев, Ю.А. Повышение производительности нефтяных пластов и скважин текст./ Ю.А. Балакиров, С.Г. Маряк. Киев: Техшка, 1985 -118с.
10. Горбачев, Ю.И. Геофизическое исследование скважин. Учеб. Для гео-физ. спец. ВУЗов текст. / под ред. Е.В. Карусева. М.: Недра, 1990. -397 с.
11. Щуров, В.И. Технология и техника добычи нефти: учеб для ВУЗов текст. М.: Недра, 1983. - 510 с.
12. Еременко, H.A. Геология нефти и газа текст. / под ред. С.П. Максимова. М.: Недра, 1968. - 310 с.
13. Нефтяная энциклопедия. В 3-х т. текст./ Под общ. ред. Ю.В.Вадецкого. М.: Моск. отд-ние «Нефть и газ» МАН, ОАО «ВНИИО-ЭНГ», 2002. - Т. 1: А - Й. - 362 е.; Т. 2: К-П. - 379 с.
14. Современные методы увеличения нефтеотдачи пластов текст. М.: Наука, 1992.-136 с.
15. Справочник по добыче нефти текст./В.В. Андреев, К.Р. Уразаков, В.У. Далимов и др.; Под ред. К.Р. Уразакова. 2000. 374 е.: ил.
16. Швецов, И.А. Физико-химические методы увеличения нефтеотдачи пластов текст. М.: Недра, 1985. - 250 с.
17. Котельников, В.А. и др. // Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений. 2001. - №9. - С. 38-44.
18. Элияшевский, И. В. Технология добычи нефти и газа. Учебник, текст. М.: Недра, 1976. - 256 с.
19. Котяхов, Ф. И. Физика нефтяных и газовых коллекторов текст. -М.: Недра, 1977.-287 с.
20. Воларович, М.П. Механика горных пород при высоких давлениях текст. / М.П. Воларович, И.С. Томашевская, В.А. Будников. М.: Наука, 1979.-152 с.
21. Гиматудинов, Ш. К. Физика нефтяного и газового пласта. Учебник текст. изд. 2, перераб. и доп. -М.: Недра, 1971. - 312 с.
22. Алтунина, Л.К. Комплексная технология увеличения нефтеотдачи гелеобразующими и нефтевытесняющими композициями / Л.К. Алтунина,
23. В.А. Кувшинов, Р.Г. Ширгазин, М.А. Силин. // Пятая международная конференции "Химия нефти и газа". Томск, 2003 - С. 191-194.
24. Желтов, Ю.П. Разработка нефтяных месторождений: Учеб. для вузов текст. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1998. - 365с.
25. Лысенко, В.Д. Разработка малопродуктивных нефтяных месторождений текст./ В.Д. Лысенко, В.И. Грайфер. М.: Недра, 2001. - 562 с.
26. Булатов, А.И. Освоение скважин: Справочное пособие текст./ А.И. Булатов, Ю.Д. Качмар, П.П. Макаренко, P.C. Яремийчук. Под ред. P.C. Яремийчука. М.: ООО «Недра-Бизнеспентр», 1999. - 473 с.
27. Донцов, К. М. Разработка нефтяных месторождений текст. М.: Недра, 1977.-360 с.
28. Интенсификация работы скважин водоснабжения, газо и нефтедобычи с использованием технических средств скважинной гидротехнологии. / Н.И. Бабичев, Ю.В. Либер, Г.Ю. Абрамов // "Горный информационно-аналитический бюллетень" 2000 - №5. - С. 82-85.
29. Ибрагимов, Г. 3. Применение химических реагентов для интенсификации добычи нефти: Справочник, текст. / Г. 3. Ибрагимов, К. С. Фаз-лутдинов, Н. И. Хисамутдинов. М.: Недра, 1991. - 384. с.
30. Байбаков, Н.К. Тепловые методы разработки нефтяных месторождений. текст./ Н.К. Байбаков, A.B. Гарушев. М.: Недра, 1981. - 220 с.
31. Бойко, В. С. Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений: Учеб. для вузов текст. М.: Недра, 1990. - 427 с.
32. Дмитриев, А.П. Термическое и комбинированное разрушение горных пород, текст./ А.П. Дмитриев, С.А. Гончаров. М.: Недра, 1978. - 304 с.
33. Мищенко, И.Т. Скважинная добыча нефти: Учебное пособие для вузов текст. М.: ФГУП Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003.-816 с.
34. Басниев, К.С. Нефтегазовая гидромеханика: Учеб. для вузов, текст./ К.С. Басниев, Н.М. Дмитриев, Г.Д. Розенберг. Ижевск: Ин-т компьютер. исслед., 2003. - 479 с.
35. Теория и практика разработки нефтяных месторождений: Сб. науч. тр. / ВНИИнефть им. акад. А.П.Крылова; Под ред. А.Х.Шахвердиева. М. Недра, 1985. - 250 с.
36. Юрчук, А. М. Расчеты в добыче нефти. Учебник для техникумов текст./ А. М. Юрчук, А. 3. Истомин. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1979.-271 с.
37. Справочник по прострел очно-взрывной аппаратуре текст./ под ред. Л.Я. Фридляндера. М.: Недра, 1983. 197 с.
38. Механика грунтов в нефтегазовом деле: Учеб. для вузов текст./ под. ред. П.П.Бородавкин. М.: Недра, 2003. - 349 с.
39. Прошляков, Б.К. Коллекторские свойства осадочных пород на больших глубинах, текст. / Б.К. Прошляков, Т.И. Гальянова, Ю.Г. Пименов. -М.: Недра, 1987.-200 с.
40. Николаевский, В.Н. Механика насыщенных пористых сред, текст./ В.Н. Николаевский, К.С. Басниев, А.Т. Горбунов, Г.А. Зотов. М.: Недра, 1970.-339 с.
41. Любимов, Н.И. Справочник по физико-механическим параметрам горных пород рудных районов, текст. / Н.И. Любимов, Л.И. Носенко. М.: Недра, 1978.-285 с.
42. Борисов, А.А. Механика горных пород и массивов текст. М.: Недра, 1980.-360 с.
43. Изучение влияния одноосного сжатия на скорости упругих волн в образцах горных пород в условиях высокого гидростатического давления. / М.П. Воларович, Д.Б. Балашов, И.С. Томашевская, В.А. Павлоградский. -Изв. АН СССР, Сер. геофиз. 1963. - №8. - С. 1198.
44. О влиянии давления на упругие и деформационно-прочностные свойства некоторых пород/ Е.И. Баюк // Геофиз. журн. 1985. - №2. - С. 8286.
45. Справочник по физическим свойствам минералов и горных пород при высоких термодинамических параметрах текст. / под ред. М.П. Воларо-вича. 2-е изд. М.: Недра, 1988. - 255 с.
46. Взрывоимпульсное разрушение горных пород текст. М.: Наука, 1978.-212 с.
47. Слепян, Л.И. Теория трещин. Основные представления и результаты текст./ Л.И. Слепян, JI.B. Троянкина. Ст. -Пт.: Судостроение, 1976. -44 с.
48. Морозов Н.Ф. Математические вопросы теории трещин текст. -М.: Наука, 1984.-256 с.
49. Физика горных пород при высоких давлениях. Сборник научных трудов. Академия наук СССР. М.: Наука, 1991. - 213 с. - ISBN 5-02-002192-х
50. Борисов, С.С. Горное дело: Учебник для техникумов текст. М.: Недра, 1988.-320 с.
51. Миндели, Э.О. Разрушение горных пород текст. -М.: Недра, 1975 -600с.
52. Справочник физических констант горных пород текст. М.: Мир, 1969.-543 с.
53. Физический энциклопедический словарь текст. / гл. ред. Б.А. Вве-динский. М.: Сов. энциклопедия, 1960. Т. 1. - 560 с.
54. Ребиндер П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах. Коллоидная химия. Избранные труды текст. М.: Наука, 1978. - 368 с.
55. Свойства горных пород при разных видах и режимах нагружения текст./ под ред. А.И. Берон, Е.С. Ватолин, М.И. Койфман и др. М.: Недра, 1984.-276 с.
56. Справочник по сопротивлению материалов текст./ Е.Ф. Винокров, М.К. Балыкин, И.А. Голубев и др. Мн.: Наука и техника, 1988. - 464 с.
57. Феодосьев, В.И. Сопротивление материалов текст. М.: Наука, 1974.-560 с.
58. Анурьев, В.И. Справочник конструктора машиностроителя: В 3-х томах, текст. Т. 1. 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1978. -728 с.
59. Общетехнический справочник текст./ под ред. Е.А. Скороходова -2-е изд. перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1982. - 415 с.
60. Павлов, П.А. Основы инженерных расчетов элементов машин на усталость и длительную прочность текст. Л.: Машиностроение, 1988. -252 с.
61. Серебряков, М.Е. Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет: 3-изд. перераб. и доп. текст. М.: Оборонгиз. - 703 с.
62. Бригер, И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения текст. М.: Машиностроение, 1990. - 368 с.
63. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник текст./ Л.А. Кондраков, А.и. Голубев, В.В. Гордеев и др. М.: Машиностроение, 1994. -448 с.
64. Влияние различных факторов на прочностные свойства пород нефтяных скважин при высоких давлениях / Е.В. Муравлев, Ю.В. Хрусталев,
65. Б.И. Ворожцов, JI.K. Алтунина, A.A. Павленко // Ползуновский вестник. -2006.-№2-2.-С. 84-89.
66. Муравлев, Е.В. Метод лабораторного исследования прочностных свойств пород нефтяных скважин / Е.В. Муравлев // 2 Всероссийская конференция молодых ученых «Физика и химия высокоэнергетических систем»: материалы конф. Томск, 2006. - С. 437 - 440
67. Разработка и исследование пороховых гидроимпульсных установок / Е.В. Муравлев, И.А. Титов, П.В. Верещагин, В.А. Беляев. // Бийский Вестник. Специальный выпуск. №10. - С. 61 - 63.
68. Эккерт, Э.Р. Теория тепло- и массообмена текст. / Э.Р. Эккерт, P.M. Дрейк. Пер. с англ. под ред. A.B. Лыкова. М.: Госэнергоиздат, 1961. -676 с.
69. Орлов, Б.В. Термодинамические и баллистические основы проектирования ракетных двигателей на твердом топливе текст. / Б.В. Орлов, Г.Ю. Мазинг. -М.: Машиностроение, 1964.-406 с.
70. Теория тепломассообмена: Учебник для вузов текст./ С.И. Исаев, И.А. Кожинов, В.И. Кофанов и др. под ред. А.И. Леонтьева. М.: Высш. Школа, 1979.-495 с.
71. Абрамович, Г.Н. Прикладная газовая динамика. 3-е изд. перераб. и доп. текст. М.: Наука, 1969. - 824 с.
72. Физика взрыва. Монография текст./ под ред. К.П. Станюковича. 2-е изд. перераб. М.: Наука, 1975. - 704 с.
73. Бурдун, Г.Д. Основы метрологии текст./ Г.Д. Бурдун, Б.Н. Марков. -М.: Изд-во стандартов, 1985. 247 с.
74. Основы метрологии и электрические измерения: Учебник для вузов текст./ Б.Я. Авдеев, Е.М. Антонюк, Е.М. Душин и др. под. ред. Е.М. Души-на. 6-е изд., перереб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат, 1987. - 480 с.
75. Тюрин, Н.И. Введение в метрологию текст. М.: Изд-во стандартов, 1985.-256 с.
76. Левшина, Е.С. Электрические измерения физических величин (измерительные преобразователи) текст. / Е.С. Левшина, П.В. Новицкий Л: Энергоатомиздат, 1983.-420 с.
77. Паспорт датчика РЗМА (фирмы НВМ) 1982. - 16 с.
78. Тензостанция постоянного тока KWS 620.А7 (фирмы НВМ) Руководство по эксплуатации / перевод JI.B. Юдкиной. 1982. - 40 с.
