Разработка залежей высоковязких нефтей и битумов с применением тепловых методов

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

14. Все измеренные величины приводятся к единой системе единиц СИ и заносятся в таблицу 1.1.1.

Таблица 1.1.1 – Результаты исследований

4.Обработка полученных результатов.

1.Масса жидкости (нефти и воды), находившейся в керне до экстрагирования:

1.2 Определение коэффициента открытой пористости и газопроницаемости горных пород

Цель лабораторной работы: закрепление теоретических сведений и получение практических навыков определения пористости и газопроницаемости горных пород при помощи современных средств измерения.

1. Краткие теоретические сведения.

Под пористостью какого-либо материала понимается наличие в нём между твёрдыми частицами, образующими этот материал, пустот– пор (трещин, каверн).

Связанные между собой поры принято называть открытыми, а несвязанные – закрытыми. Суммарный объём закрытых и открытых пор горной породы даёт объём всех пор или характеризует её общую пористость Vпор:

Коэффициентом общей пористости называют отношение суммарного объёма пор Vпор к общему объему сухой породы Vс:

По аналогии вводятся понятия коэффициентов открытой kп.о, закрытой kп.з, и эффективной статической kп.ст и динамической kп.д пористости.

7

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Эти коэффициенты необходимы при подсчёте ёмкостей коллекторов: 1) открытой, образованной взаимосвязанными порами; 2) закрытой; 3) полезной, т. е. открытой за вычетом объёма связанной воды, и 4) содержащей извлекаемые запасы нефти и газа.

Коэффициенты пористости обычно выражают в процентах и варьируют в чрезвычайно широких пределах. В зависимости от минерального состава, условий залегания, степени диагенеза, возраста, структуры осадков или породы, они изменяются от значений, близких к нулю, до 90%.

В данной лабораторной работе предстоит определить коэффициент открытой пористости kп.о:

При определении kп.о используются весовой, объёмный, объёмно-весовой способы, а также способы, основанные на измерении давления газа. Наиболее точным является весовой– путем взвешивания сухого образца и образца, насыщенного рабочей жидкостью с известной плотностью, в воздухеи жидкости.

2.Аппаратура, оборудование и материалы.

−Аналитические весы;

−Аппарат Сокслета (при необходимости);

−Сушильный шкаф;

−Сатуратор;

−Рабочая жидкость (керосин);

−Фильтровальная бумага;

−Стакан мерный с подставкой.

3.Порядок проведения работы.

1)Экстрагированный и высушенный (при температуре 103 ÷ 105°С) ранее образец взвешивают в воздухе с точностью до 0,01 г.

2)Образец помещается для насыщения керосином и, затем, в вакуумную установку (сатуратор) до полного прекращения выделения пузырьков воздуха.

3)Насыщенный образец вынимают из вакуумной установки, кладут на фильтровальную бумагу и несколько раз перекатывают для осушения поверхности.

4)Насыщенный образец взвешивают на воздухе и в керосине на аналитических весах, предназначенных для гидростатического взвешивания.

5)Результаты всех измерений заносят в таблицу 1.2.1. Необходимо отметить, что все измеренные величины при занесении в таблицу должны быть приведены к единой системе единиц СИ.

8

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Таблица 1.2.1 – Результаты измерений

Определение пористости горных пород с применением газоволюметрического пикнометра «Поромер»

1. Физические основы метода.

Принцип работы прибора основан на определении объёма замкнутого пространства по закону Бойля – Мариотта для идеального газа. Прибор реализует газоволюметрический метод измерения объёма твёрдой фазы пористого физического тела.

2. Аппаратура, оборудование и материалы.

Прибор «Поромер» (рис. 1.2.1) предназначен для определения неразрушающим и не загрязняющим способом коэффициента открытой пористости образцов керна.

Рисунок 1.2.1 – Лицевая панель прибора «Поромер»

9

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Экспрессное определение объёма твёрдой фазы образца выполняется полностью, исключая длительный процесс насыщения рабочей жидкостью образцов керна. Включив в состав прибора высокоточные весы, можно определять минералогическую и объёмную плотность. Для определения внешнего объёма используется электронный штангенциркуль. Прибор предназначен для эксплуатации в условиях стационарных лабораторий.

3. Порядок проведения работы.

1)Включить и прогреть прибор в течение 1-2 мин.

2)Запустить программу «Поромер.ехе». Дождитесь надписи «Поромер готов к работе» в верхней части окна программы.

3)Создайте базу данных, нажав «Файл» – «Создать». Название базы данных должно содержать фамилию и группу студента, выполняющего работу.

4)Очистить блок кернодержателя от посторонних предметов и пыли. Установить резиновое уплотнительное кольцо в вырез паза блока кернодержателя и поместить в него исследуемый образец. Установить блок кернодержателя в измерительную камеру и закрыть окно камеры.

5)В зависимости от того, что вы собираетесь измерить (пористость или минералогическую плотность), можно выбрать соответствующий пункт во вкладке «Параметры». Если же вы собираетесь измерить только объём образца, то снимите все галочки во вкладке «Параметры».

6)Нажмите кнопку «Старт».

7)Если вы не создали базу данных ранее, то вам будет предложено создать её.

Окончание процесса измерения сопровождается надписью «Процесс измерения завершен! Объём твёрдой фазы = Х,ХХХ см3. Сохранить результаты?». Полученные результаты по желанию пользователя сохраняются в базе данных.

Если полученное значение не удовлетворяет ожидание пользователя или расходится с заведомо известным на величину большей погрешности прибора, то рекомендуется замерить образец ещё раз или провести калибровку прибора.

4. Порядок проведения расчётов.

Расчёт коэффициента пористости производится по формуле:

где V0 – суммарный объём образца, см3. Vт – объём твёрдой фазы образца, см3.

5. Форма записи исходных данных и результатов расчётов.

Исходные данные и результаты исследования записываем в журнал наблюдений по форме, приведённой в таблице 1.2.2.

10

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Таблица 1.2.2 – Результаты измерений и вычислений

Определение газопроницаемости горных пород прибором «Дарсиметр»

1. Физические основы метода.

Проницаемость – это свойство горных пород пропускать сквозь себя флюиды, т. е. жидкости, газы и их смеси. Различают абсолютную (физическую) и эффективную (фазовую) проницаемости.

Абсолютная проницаемость – это проницаемость породы в случае фильтрации через неё однородной жидкости или газа инертных по отношению к поверхности твёрдой фазы.

Численно величины проницаемости породы характеризуются коэффициентом проницаемости kпр из уравнения Дарси, которое позволяет рассчитать количество жидкости Q в м3, прошедшее расстояние l (м) в образце породы с поперечным сечением S (м2) при перепаде давлений Р (Па) за время фильтрации t (с):

где μ – вязкость жидкости, Па∙с.

2. Аппаратура, оборудование и материалы.

Прибор для измерения газопроницаемости «Дарсиметр» предназначен для определения коэффициента абсолютной газопроницаемости на экстрагированных образцах керна при стационарной и нестационарной фильтрации.

Принцип действия прибора основан на измерении объёма газа, пройденного через исследуемый образец при стационарной и нестационарной фильтрации в соответствии с ГОСТ 26450.2–85.

Прибор изображён на рисунке 1.2.2 и состоит из следующих основных составных частей:

11

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Рисунок 1.2.2 – Устройство прибора «Дарсиметр» 1 – кернодержатель; 2 – электронный измерительный блок; 3– компьютер с ПО

Кернодержатель предназначен для ручной загрузки керна, прост в использовании, в конструкции используются качественные материалы и надёжные присоединительные фитинги.

Электронный измерительный блок (рис. 1.2.3, 1.2.4) производит измерение газопроницаемости керна. В состав прибора входят надёжные и высокоточные средства измерения и контроля.

Рисунок 1.2.3 – Электронный измерительный блок (лицевая панель):

1 – фильтр; 2 – фитинг для подключения трубки нижнего поршня кернодержателя; 3 – фитинг для подключения трубки обжима кернодержателя; 4 – фитинг для подключения трубки верхнего поршня кернодержателя;5 – тумблер переключения между режимами работы; 6 – манометр; 7 – регулятор давления; 8 – пульт управления; 9 – ручки для транспортировки

12

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Рисунок 1.2.4 – Электронный измерительный блок (задняя панель):

1 – разъём для подключения прибора к компьютеру; 2 – выключатель электрической сети 220 В; 3 – разъём для подключения питания 220 В; 4 – фитинг для подключения рабочего газа (воздух, азот, гелий); 5 – фитинг для подключения к источнику сжатого воздуха; 6 – регулировка обжима кернодержателя; 7 – табличка с порядковым номером и датой изготовления прибора; 8 – место заземления прибора

Поправка Клинкенберга.

С целью исключения влияния отклонений от закона Дарси за счёт потери давления необходимо выполнять измерение проницаемости в режимах, обеспечивающих линейность связи «расход – перепад давления», т. е. режим измерения выбирается в области прямолинейного участка зависимости Q = f (ΔP).

Эффект скольжения газа проявляется в наличии зависимости измеренной и вычисленной по закону Дарси величины проницаемости от среднего давления в образце. Величина проницаемости, измеренная при среднем давлении, приближающемся к пластовому Рср → Рпл, является абсолютной (Кабс) и близка к величине проницаемости по жидкости, не реагирующей с породой.

Величина абсолютной газопроницаемости Кабс связана с величиной проницаемости, измеренной при заданном давлении, соотношением:

13

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

где Кабс – абсолютная проницаемость; Кг – значение газопроницаемости, определённое при данном среднем дав-

лении (Рср);

b– коэффициент скольжения (Клинкенберга), зависящий от типа породы

ифильтруемого газа.

Значение Кабс может быть получено непосредственными измерениями при различных средних давлениях или путём введения поправки на скольжение на величину Кг.

Непосредственное измерение Кабс выполняется путём определения проницаемости при трёх-четырёх различных Рср и построения зависимости Кг = f (1/Pср); величину Кабс находят экстраполяцией зависимости на (1/Pср) = 0.

Максимально допустимые величины перепада давления в процессе определения следует устанавливать из условий сохранения линейного закона фильтрации.

Введение поправки на скольжение в величину Кг выполняется следующим образом:

На коллекции образцов, являющейся представительной по отношению к исследуемому массиву, определяют Кг при различных средних давлениях и строят зависимости Кг = f (1/Pср).

Для каждого образца вычисляют величину коэффициента скольжения и строят зависимость b= f (Кабс).

5. Форма записи исходных данных и результатов расчётов.

Исходные данные и результаты исследования записываем в таблицу результатов измерений (табл. 1.2.3).

Строим график зависимости проницаемости горных пород от коэффициента пористости, определённого на приборе «Поромер».

Таблица 1.2.3 – Результаты измерений и вычислений

1.3 Определение краевого угла смачивания с применениемоптического прибора OCA 15EC

Цель лабораторной работы заключается в усвоении теоретических и получении практических навыков по работе с современным оборудованием по определению краевого угла смачивания OCA 15EC.

14

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

1. Физические основы.

Угол смачивания (или краевой угол смачивания) – это угол, образованный касательными плоскостями к межфазным поверхностям, ограничивающим смачивающую жидкость, а вершина угла лежит на линии раздела трёх фаз (рис. 1.3.1). Измеряется методом лежащей капли.

Рисунок 1.3.1 – Лежачая капля на твёрдой подложке.

1 – жидкость; 2 – газ (воздух); 3 – твёрдое тело; Θ – краевой угол смачивания

Смачивание зависит от соотношения между силами сцепления молекул жидкости с молекулами (или атомами) смачиваемого тела (адгезия) и силами взаимного сцепления молекул жидкости (когезия).

Если жидкость контактирует с твёрдым телом, то существуют две возможности:

1)Молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твёрдого тела. В результате силы притяжения между молекулами жидкости собирают её в капельку. Так ведёт себя ртуть на стекле, вода на парафине или «жирной» поверхности. В этом случае говорят, что жидкость не смачивает поверхность;

2)Молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твёрдого тела. В результате жидкость стремится прижаться к поверхности, расплывается по ней. Так ведёт себя ртуть на цинковой пластине, вода на чистом стекле или дереве. В этом случае говорят, что жидкость смачивает поверхность.

Для разработки нефтегазовых месторождений определение смачивающих свойств жидкостей является важной задачей, так как от поверхностных свойств, контактирующих в пластовой системе сред зависят такие параметры как фазовая проницаемость, остаточная нефте- и водонасыщенность, устойчивость эмульсии к разрушению (при обезвоживании и обессоливании продукции скважин).

В данной лабораторной работе краевой угол смачивания будет определяться по методу лежачей капли.

Существует несколько методов определения краевого угла, они подразделяются на статические и динамические. В статических методах поверхностное

15

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

натяжение определяется у сформировавшейся поверхности, находящейся в равновесии. Динамические методы связаны с разрушением поверхностного слоя. В случае измерения поверхностного натяжения растворов (особенно полимеров или ПАВ) следует пользоваться статическими методами. В ряде случаев равновесие на поверхности может наступать в течение нескольких часов. Динамические методы могут быть применены для определения равновесного поверхностного натяжения и динамического поверхностного натяжения.

Кстатическим можно отнести методы:

1.Метод поднятия в капилляре.

2.Метод Вильгельми.

3.Метод лежачей капли.

4.Метод определения по форме висячей капли.

5.Метод вращающейся капли.

Кдинамическим относятся следующие методы:

1.Метод дю Нуи (метод отрыва кольца).

2.Сталагмометрический, или метод счета капель.

3.Метод максимального давления пузырька.

4.Метод осциллирующей струи.

5.Метод стоячих волн.

6.Метод бегущих волн.

По той причине, что изучение каждого из методов займёт большое количество времени и сил учащихся, а также потребует немалых технических ресурсов, в данном методическом указании предлагается изучить один из самых простых методов – метод лежащей капли.

Метод лежачей капли является стандартным методом измерения краевого угла. Для этого капля освещается с одной стороны источником рассеянного света, что позволяет наблюдать с другой стороны контур этой капли.

2. Аппаратура, оборудование и материалы.

Устройство для определения краевого угла смачивания представлено на рисунке 1.3.2, основные составные части обозначены цифрами: 1 – предметный столик (оснащён системой магнитного скольжения), 2 – высокочувствительная оптическая система с шестикратным зумом и со встроенным бесступенчатым фокусом, с возможностью регулирования угла наклона (также предусмотрена высокоскоростная съёмка 159 кадров/с), 3 – LED – лампа, 4 – система дозирования, 5 – компьютер со специальным программным обеспечением.

16