Порядок определения коэффициента открытой пористости методом жидкостенасыщения.

Рабочая жидкость: керосин, модель пластовой воды или дистиллированная вода.

Требования к рабочей жидкости: рабочая жидкость должна быть не токсичной, не должна обладать свойствами, позволяющими ей вступать в химические взаимодействия с породой и не должна вызывать набухания.

Подготовка образцов.

Из куска керна с помощью алмазного инструмента изготавливают образец стандартного размера из полноразмерного керна путем выбуривания, торцевания и шлифовки или отбирают куски произвольной формы.

Образцы экстрагируют от нефти и битумов в аппарате Сокслета.

Проэкстрагированные образцы высушивают в сушильном шкафу до постоянной массы при температуре 105 +- 2⁰С.

Высушенные образцы хранят в эксикаторах над прокаленным хлористым кальцием.

Методика проведения измерений.

1. Определяют массу абсолютно сухого образца (m_c, г) с погрешностью 0,01 г.

2.Проводят насыщение образцов рабочей жидкостью под вакуумом.

о

Рис. 1.3 Принципиальная схема устройства для насыщения образцов

1 – сосуд для насыщающей жидкости; 2 – запорный кран; 3 – ем­кость для насыщения образцов;

4 – трехходовой кран; 5 – ловушка для предотвращения попадания жидкости в вакуумный насос;

6 – вакуумметр; 7 – вакуумный насос; 8 – запорный кран вакуум насоса и заполнения системы атмосферным воздухом.

Порядок насыщения образцов

- раздельное вакуумирование сухих образцов и насыщающей жидкости – 2 часа.

- перевод небольшого количества жидкости из сосуда 1 в емкость 2 (уровень жидкости 1см) , проводится капиллярная пропитка – 10 мин.

- насыщение под слоем рабочей жидкости – 2 часа, донасыщение при атмосферном давлении – 1 сутки.

3.Определяют массу насыщенного образца на воздухе (m_н, г).

4.Определяют гидростатическую массу образца (m_г, г) взвешиваем в стакане с рабочей жидкостью.

Все результаты измерений заносят в рабочий журнал в виде таблицы.

Обработка результатов

Определяется объем образца:

Сила Архимеда: F_А = σ_ж * V_обр * g

σ_ж – плотность рабочей жидкости, г/см.

V_обр – объем образца, см³.

g – ускорение свободного падения.

F_А – 1097 * 0,0000204 * 9,81 = 0,22 Н.

Сила тяжести:

F_Т = m_н * g;

m_г = F_T – F_A = m_н * n - σ_ж * V_обр * g;

путем несложных математических операций получаем:

Объем пор в образце определяется по формуле:

Коэффициент открытой пористости вычисляется по формуле:

Объемная плотность породы вычисляется по формуле:

Проницаемость

Под проницаемостью понимают свойство горных пород пропускать через себя жидкости или газы под действием перепада давления

Различают три типа проницаемости – абсолютная, фазовая и относительная.

Абсолютная проницаемость - это проницаемость пористой среды при фильтрации через нее газа, не вступающего во взаимодействие с породой. Абсолютная проницаемость - свойство породы, и не зависит от свойств фильтрующегося флюида и перепада давления.

Фазовая или эффективная проницаемость характеризует проницаемость одной из фильтрующихся фаз, при наличии в породе более одного флюида. Фазовая проницаемость зависит не только от свойств породы, но и от физико-химических свойств жидкостей, их взаимодействия и насыщенности породы каждой из фаз.

Относительной фазовой проницаемостью называется отношение фазовой проницаемости к абсолютной. Относительная проницаемость породы для любого флюида возрастает с увеличением ее насыщенности этим флюидом.

Количественно проницаемость любых пород может быть определена из закона линейной фильтрации Дарси, согласно которому скорость фильтрации жидкости в пористой среде пропорциональна градиенту давления и обратно пропорциональна динамической вязкости;

Q 1 р

V = --- = k --- ----

F  L

Где: v - скорость линейной фильтрации, Q – объемный расход жидкости в единицу времени, F- площадь фильтрации, - динамическая вязкость, p - перепад давления, L – длина пористой среды. В этом уравнении способность породы пропускать жидкости и газы характеризуется коэффициентом пропорциональности к, который называют коэффициентом проницаемости:

Единицы измерения проницаемости. В Международной системе единиц величины, входящие в формулу проницаемости, имеют размерности

L = м; F = м² ; Q = м³/c: p  = Па ;  = Па*с .

Следовательно, м³

----- * Па*с*м

с

k = ------------------------- = м²

Па*м²

При L= 1м; F= 1м²; Q= 1м³\с; р=1 Па и  = 1 Па*с получим значение коэффициента проницаемости k= 1 см².

Таким образом, в Международной системе (СИ) за единицу проницаемости в 1 м² принимается проницаемость такой пористой среде, при фильтрации через образец которой площадью 1 м², длиной 1м и перепаде давления 1 Па расход жидкости вязкостью 1 Па с составляет 1 м³/с.

Физический смысл размерности k (площадь) заключается в том, что проницаемость характеризует площадь сечения каналов пористой среды, по которым в основном происходит фильтрация. Практической единицей измерения проницаемости является дарси. 1 дарси - проницаемость пористой системы, через которую фильтруется жидкость с вязкостью 1 сантипуаз (сП), , со скоростью 1 см³/с при градиенте давления   1 атм (760 мм) и площади пористой среды 1 см². 1 дарси = 0,981 10^-12 м².

При измерении проницаемости пород по газу в формулу следует подставлять средний расход газа в условиях образца:

Q_r µ_rL

k = -------------

pF

Где: Q - объемный расход газа, приведенный к среднему давлению и средней температуре газа в образце. Необходимость использования среднего расхода газа в этом случае объясняется непостоянством его объемного расхода при уменьшении давления по длине образца.

Среднее давление по длине керна:

p₁ + p₂

p = -------------

2

Где: р₁ и р₂ – соответственно давление газа на входе в образец и на выходе из него.

Полагая, что процесс расширения газа при фильтрации через образец происходит изотермически по законам идеального газа, используя закон Бойля- Мариотта, получим

2Q_op_o

Q_r = -----------

p₁ + p₂

Здесь Qо – расход газа при атмосферном давлении ро.

Тогда формула для определения проницаемости пород по газу запишется в виде

2Q_op_o_rL

k = ---------------

(p₁² – p₂² )F

Абсолютную проницаемость определяют в лабораторных условиях, согласно ГОСТ 2645.2-85 «Метод определения коэффициента абсолютной газопроницаемости при стационарной и нестационарной фильтрации».

Настоящий стандарт распространяется на горные породы, насыщенные в природных условиях нефтью, газом или водой и ус­танавливает метод лабораторного определения коэффициента аб­солютной газопроницаемости при стационарной и нестационар­ной фильтрации с линейным и радиальным направлением потока газа. Сущность метода заключается в определении постоянной (ста­ционарной) или переменной (нестационарной) скорости фильтра­ции газа через образец горной породы в линейном или радиаль­ном направлении под действием разности давлений. При стацио­нарной фильтрации скорость определяется известным объемом га­за, прошедшим через образец за фиксированный отрезок времени при постоянной разности давлений; при нестационарной фильтра­ции скорость также определяется известным объемом газа, про­шедшим через образец за фиксированный отрезок времени, но при переменной разности давлений на входе и выходе из образ­ца.

Определение коэффициента абсолютной газопроницаемости методом стационарной фильтрации.

Подготовка образцов

- образны изготавливают из куска керна в лабораторных условиях путем его выбуривания, обрезания, обточки и шлифов­ки кернов.

- образцы высушивают в сушильном шкафу при температу­ре (105±2)°С. Для сильноглинистых пород сушку проводят в термовакуумных шкафах при температуре (70±2)°С.

- определяют размеры образцов штангенциркулем как сред­нее из 3--5 определений в каждом направлении с погрешностью до 0,1 мм. Расхождение между определениями не должно превышать 0.5 мм.

Проведение исследований:

- образец цилиндрической или куби­ческой формы помешают в резиновую манжету кернодержателя таким образом, чтобы зазор между боковой поверхностью образца и стенками манжеты был минимальным, допускающим перемеще­ние образца в манжете;

- создают давление бокового обжима, обес­печивающее отсутствие проскальзывания газа между образцом и манжетой, не выше 2,5 МПа, с помощью предусмотренной в ап­парате гидро- или пневмосистемы. Давление обжима указывают в таблице результатов;

- с помощью редуктора устанавливают ра­бочий перепад давления, контролируя его по дифманометру или с помощью манометров до и после образца. Выполняют измере­ния при давлении после образца, равном атмосферному, контро­лируемому с помощью барометра;

- выполняют 3-кратное измерение расхода газа через образец при различных перепадах давления в пределах 1*10^-3—3*10^-1 МПа. Расход газа находят по калибровочной таблице, в зависимости от величины давления на выходе из образца;

- измеряют температуру опыта. Вязкость газа в зависимости от температуры находят по таблице.

- результаты обмера образ­ца, перепады давлений, расход газа, а также вязкость газа при температуре проведения опыта и барометрическое давление запи­сывают в рабочий журнал.

Обработка результатов:

1. Коэффициент проницаемости(выраженный в дарси) для каждого перепада давления вычисляют по формуле:

где 760 – коэффициент перевода мм рт. ст. в атм;

Q – расход газа, см³/с;

µ - коэффициент динамической вязкости для газа, мПа-с;

L – длинна образца, см;

Р_б - барометрическое давление, мм рт. ст.;

F – площадь поперечного сечения образца, см;

Р₁ – давление на входе, мм рт. ст.;

Р₂ – давление на выходе, мм рт. ст.;

F = π * d²/4;

Р_б = Р*_б – 0,0075, где Р*_б – давление по барометру, Па.

2. Коэффициент проницаемости образца находят как среднее арифметическое из 3-х определений: