Разработка залежей высоковязких нефтей и битумов с применением тепловых методов

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

1

Рисунок 1.3.2 – Общий вид прибора OCA 15EC

3. Порядок проведения работы.

1)Поместить образец на предметный столик.

2)Набрать в шприц исследуемую жидкость и установить на прибор (шприц следует установить так, чтобы конец иглы был виден в середине экрана

изанимал 10-20% по высоте изображения).

3)Настроить оптическую систему таким образом, чтобы игла и поверхность образца на экране монитора приобрели наибольшую контрастность и чёткость.

4)Произвести дозировку капли на образец. Для этого предусмотрены два способа: ручной и автоматический. Чтобы произвести дозировку в ручном режиме, необходимо в меню программы нажать на пиктограмму с изображением шестерёнки с рукой, после чего фон программы станет бордового цвета. После этого в верхней части системы дозирования нажать на кнопку (показана стрелкой на рис. I.3.2). Чтобы произвести дозировку в автоматическом режиме, необходимо нажать пиктограмму с изображением шестерёнки. После нажатия появится окно, в котором необходимо нажать кнопку «Dispence Units», после чего появятся ещё два окна «Dispence Units» (для задания параметров дозировки) и «Device Movement» (для остановки дозировки).

5)Далее в программе выберите верный тип капли из выпадающего меню

«Sessine drop».

6)Переместите базисную линию – нижнюю красную линию в окне изображения капли – вниз к капле. Переместите верхнюю пограничную линию (красная линия) ниже конца иглы.

17

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

7)Кликните на кнопку «Base Line Detection» для автоматического определения базисной линии.

8)Выбрать метод расчёта краевого угла. Для этого: кликнуть на кнопку «Общие настройки» в меню главного окна и открыть окно«Preferences». В меню «Calculation Options» папки «Calculation» изменить выбранный заранее метод расчёта в выпадающем меню. (Учащимся предлагается самим определить, какой метод наилучшим образом позволяет рассчитать краевой угол смачивания).

9)После того, как все действия будут проделаны, в левом верхнем углу экрана появится результат измерения (значение левого и правого углов капли).

4. Форма записи исходных данных и результатов расчётов.

Измерение угла смачивания для одной и той же капли необходимо повторить пять раз, повторив пункты 4-9 в разделе «Порядок проведения работы». Значения измеренных углов заносятся в таблицу 1.3.1. Искомый краевой угол определяется по результатам пяти измерений как среднее арифметическое.

Таблица 1.3.1 – Результаты измерений

1.4 Определение удельного электрического сопротивления и акустических свойств горных пород с применением прибора «ПетроОм»

Целью настоящей лабораторной работы является закрепление студентами теоретических сведений и получение практических навыков определения удельного электрического сопротивления горных пород в лабораторных условиях – способом непосредственной оценки на переменном токе с применением прибора «ПетроОм».

1. Физические основы метода.

Способность вещества проводить электрический ток, т. е. формировать упорядоченный поток заряженных частиц (электронов, ионов) под действием электрического поля, оценивается величиной электропроводности (σ) или удельного электрического сопротивления (ρ). Они связаны соотношением:

18

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

ρ в системе СИ имеет единицу измерения Ом∙м, σ – 1/Ом∙м, иногда обозначаемую сименс на метр (См/м).

Удельное электрическое сопротивление характеризует противодействие единицы объёма вещества (горных пород, вод и т. п.) прохождению электрического тока.

В уравнении, описывающем электрическое сопротивление (R), удельное электрическое сопротивление представляет собой коэффициент пропорциональности:

где R – электрическое сопротивление образца, Ом; l – длина образца, м;

S – площадь поперечного сечения образца, м2.

Лабораторным путём удельное электрическое сопротивление (ρ) определяют для установления:

−пределов изменения электрического сопротивления отдельных типов и групп пород (песков, песчаников, глин, глинистых, известково-магнезиальных, кислых, средних, основных и других групп пород);

−наиболее вероятных и средних значений этого свойства для типов пород отдельных стратиграфических подразделений, разрезов, площадей, фаций и геологических регионов;

−характера зависимости удельного электрического сопротивления пород от минерального состава, структуры, соотношения фаз, от частоты и напряжённости электрического поля;

−характера изменения удельного электрического сопротивления при эпигенетическом преобразовании и метаморфизме пород.

Минералы, входящие в состав горных пород, по величине ρ грубо подразделяются на три группы:

1.Проводники: ρ < 10-4 Ом∙м;

2.Полупроводники: 10-4 < ρ <108 Ом∙м;

3.Изоляторы: ρ > 108 Ом∙м.

Газовая фаза – воздух, смеси углеводородных газов – ρ → ∞. 2. Аппаратура, оборудование и материалы.

Прибор «ПетроОм» предназначен для измерения электрического сопротивления насыщенных солевыми растворами или пластовыми флюидами образцов горных пород и удельного электрического сопротивления растворов в

19

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

атмосферных условиях и соответствует требованиям ГОСТ 25494–82. «Породы горные. Методики определения УЭС образцов горных пород».

Принцип работы прибора основан на измерении полного сопротивления при зондировании переменным током частотой 1 000 Гц.

Прибор изображён на рисунке 1.4.1 и состоит из следующих основных составных частей:

1 – компьютер с программным обеспечением для работы;

2– кернодержатель для образцов керна;

3– электронный цифровой измерительный блок (измеритель иммитанса);

4– измерительная кювета.

Рисунок 1.4.1 – Общий вид прибора «ПетроОм»

На рисунке 1.4.2 изображён кернодержатель, цифрами на рисунке обозначены основные узлы.

1– верхний подвижный электрод;

2– пневмоцилиндр;

3– нижний неподвижный электрод;

4 – корпус кернодержателя;

5 – пневмораспределитель;

6 – манометр;

7 – регулятор давления;

8 – однополюсные клеммы.

20

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

Указание мер безопасности!

−Студенты, выполняющие работы на приборе, должны быть ознакомлены с действующими правилами по технике безопасности при работе с электроизмерительными приборами.

−Рекомендуется работать в резиновых (медицинских) перчатках.

−Проявлять особую осторожность при установке образца в кернодержатель.

−Переключать тумблер только после установки образца.

3. Порядок проведения работы.

1)Включить питание прибора.

2)На измерителе иммитанса выбрать режим измерения R/Q, нажав на кнопку «PARA».

3)Выбрать режим подключения RS 232, нажав кнопку «FUNC», в параметрах подключения выбрать пункт «rS232 ON».

4)Запустить программу «ПетроОм.exe». При правильном подключении прибора в верхнем положении тумблера на мониторе будет отображена надпись «Подключите к прибору кернодержатель». Нажать кнопку «Ок».

5)Введите параметры образца в программе (если необходимо, оставьте свои комментарии). Прибор готов к измерению сопротивления.

6)Создать базу данных. Для этого необходимо нажать на кнопку «Файл», далее «Создать» → «База данных» → Присвоить базе свою фамилию.

7)Произвести установку нуля. (Нажать кнопку «Установка» в подгруппе

«Ноль»).

8)После установки нуля программа будет автоматически вычислять УЭС керна.

9)После ввода параметров образца необходимо нажать кнопку «Старт».

10)Открыть дверцу кернодержателя и установить предварительно подготовленный образец.

11)Переместить тумблер на кернодержателе в положение «Н».

12)В окне программы появится текущее значение УЭС, а в области графика – зависимости сопротивления керна от времени.

13)Остановить процесс измерения, нажав кнопку «Стоп» либо подняв тумблер вверх в положение «В». И сохранить измерение по адресу С:/Мои документы/ЭкогеосПром/.

14)Вынуть керн из кернодержателя.

15)Для дальнейших измерений выполнить пункты 10-14.

После 5-10 измерений электрического сопротивления необходимо проводить контрольное измерение нулевого сопротивления кернодержателя:

21

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

1.Подключить электролитическую кювету к измерителю иммитанса проводами, согласно надписям на них.

2.Налить раствор в кювету, в программе нажать кнопку «Старт».

3.На мониторе появится текущее значение Rs и график зависимости сопротивления раствора от времени.

4.Нажав кнопку «Стоп», остановить процесс измерения. Сохранить ре-

зультат.

По окончании измерений электрического сопротивления, кернодержатель прибора протереть фильтровальной бумагой, смоченной дистиллированной водой, удалить солевые проявления, вытереть насухо, измерительную кювету промыть и вытереть насухо. Обесточить прибор, убрать рабочее место.

4.Форма записи исходных данных и результатов расчётов.

Исходные данные и результаты определения удельного электрического сопротивления горных пород записываем в таблицу 1.4.1.

Таблица 1.4.1 – Результаты и исходные данные.

1.5 Определение коэффициента вытеснения нефти теплоносителем на насыпной модели пласта

Целью данной лабораторной работы является закрепление теоретических сведений и получение навыков работы на установке исследования керна для высокотемпературных исследований по определению коэффициента вытеснения нефти теплоносителем на насыпной модели пласта.

Текущая лабораторная работа рассчитана на несколько лабораторных занятий. Ее рекомендуется проводить под руководством, обученного для работы на установке, персонала.

1. Физические основы.

Мировой опыт освоения залежей ВВН и битумов показал, что наиболее перспективной технологией их разработки являются термические методы добычи нефти.

К термическим методам воздействия на пласт относятся: паротепловое воздействие, внутрипластовое горение, закачка горячей воды, пароциклические обработки призабойных зон добывающих скважин и сочетание этих методов с другими физико-химическими методами (комбинированные методы).

22

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

Механизм теплопередачи.

Теплопередача в твёрдых, жидких и газообразных телах происходит посредством теплопроводности, конвекции и излучения. Теплопроводность осуществляется на молекулярном уровне без перемещения самого тела. Конвекция связана с движением самого тела (или его частей) и обусловлена, как правило, движением жидкостей и газов. Излучение происходит путём передачи лучистой энергии в окружающую среду.

Различают конвекцию: вынужденную (искусственную) и естественную (температурную). Вынужденная конвекция происходит при напорном движении и напорной фильтрации жидкостей и газов (по трубам, в пласте и т.д.). Естественная конвекция происходит при движении жидкостей и газов вследствие разности температур (и плотностей) в различных точках тела (жидкости, газов).

Характеристика теплоносителей.

Обладая сравнительно высокой удельной теплоемкостью (свыше 4 кДж/кг·°С) горячая вода позволяет оказывать на пласт интенсивное тепловое воздействие. Кроме того, горячая вода характеризуется высокими нефтевытесняющими свойствами.

Интенсивность теплоинжекции для горячей воды (т. е. количество тепла, вводимого в пласт в единицу времени) определяется простым выражением:

где qж – расход горячей воды, м3/час;

сж, ρж – удельная теплоёмкость (кДж/кг·°С) и плотность (кг/м3) горячей

воды;

Тв, То – температура горячей воды на «входе» в пласт и начальная (невозмущённая) температура пласта, °С.

Наиболее широко применяемым при термическом воздействии на пласт рабочим агентом является водяной пар. Благодаря «скрытой теплоте парообразования» пар имеет более высокое теплосодержание, чем горячая вода при одинаковых температурах.

Кроме того, водяной пар обладает более высокими нефтевытесняющими свойствами, чем горячая вода и поэтому считается технологически более эффективным теплоносителем, хотя в некоторых конкретных случаях горячая вода может оказаться более предпочтительной для практического применения.

При проведении лабораторных исследований процессов нефтевытеснения необходимо быть уверенным в том, что процесс, воспроизводимый в условиях опыта, точно или приближенно подобен натуральному. В большинстве случаев только при выполнении этого требования результаты исследований имеют практическую и теоретическую ценность.

23

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

Подобными называют явления, для которых постоянны отношения характеризующих их сходственных величин.

Безразмерные масштабные множители, выражающие отношения однородных сходственных величин подобных фигур, называются константами подобия.

Критерии подобия могут быть получены для любого процесса, если известны аналитические зависимости между характеризующими его величинами – дифференциальные уравнения, описывающие процесс.

Существует несколько основных теорем подобия.

1-я теорема подобия. Заключается в утверждении, что если явления подобны, то критерии составленные для этих явлений равны.

πi' = πi'' ,

где πi' – образец; πi'' – модель.

Например, подобие течений жидкости определяется критерием Re. Re = wdµρ = wlv ; v = µρ .

То есть необходимо обеспечить: Re' = Re''. В результате подобие будет определять отношение любых физических характеристик в сходственных точ-

ках в сходственные моменты времени ( f (xi ,τi )). Любые физические характери-

стики будут пропорциональны и определяются через масштаб подобия аналогично простейшему геометрическому подобию.

ww''' = const.

2-я теорема подобия. Согласно этой теореме решение любого дифференциального уравнения, связывающего между собой переменные, влияющие на процесс, может быть представлено в виде зависимости между безразмерными комплексами этих величин, т. е. между критериями подобия. Если обозначить критерии подобия π1,π2 ,π3,...,πn , то решение дифференциального уравнения

может быть представлено в виде

ϕ(π1,π2 ,π3,...,πn ) = 0.

Такие уравнения называются уравнениями в обобщенных переменных или критериальными уравнениями.

3-я теорема подобия. Данная теорема формулирует необходимые и достаточные условия подобия явлений: подобны те явления, которые описываются одной и той же системой дифференциальных уравнений и у которых соблюдается подобие условий однозначности.

24

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

π– теорема (теорема Бэкингема). Метод анализа размерностей (РелеяПавлушенко) дает возможность получить критерии и критериальные уравнения для сложных процессов, для которых не удается составить дифференциальные уравнения и сформулировать условия однозначности. Для использования данного метода необходимо знать, какие физические величины оказывают существенное влияние на течение процесса.

π– теорема звучит следующим образом: если общая функциональная зависимость связывает между собой n размерных величин, при составлении которых использованы m основных размерностей, то эта функциональная зависимость может быть представлена в виде критериального уравнения, содержащего (n – m) критериев, составленных из величин, входящих в общую функциональную зависимость.

Вданной лабораторной работе необходимо будет определить значение расхода закачиваемой горячей воды в модель пласта, применив первую теорему подобия. Для этого модель Маркса-Лонгенхейма (процесс закачки в пласт пара) будет представлена как реальный процесс, происходящий в пласте (задача 2.5).

2. Аппаратура, оборудование и материалы.

Общий вид лабораторной установки приведён на рисунке 1.5.1. На рисунке 1.5.2 показана насыпная модель, гидравлическая схема установки для исследования керна представлена в приложении Г.

Рисунок 1.5.1 – Установка для исследования керна ПИК-ОФП/ЭП-К-Т

25

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

Комплекс предназначен для исследования фильтрационно-ёмкостных и электрических свойств образцов керна в пластовых условиях при стационарной и нестационарной фильтрации. «ПИК-ОФП/ЭП-К-Т» может работать в автоматическом и ручном режимах. Комплекс позволяет проводить как стандартные, так и специализированные исследования.

Рисунок 1.5.2 – Малая насыпная модель пласта

Комплекс «ПИК-ОФП/ЭП» позволяет определять следующие параметры керна:

−относительные фазовые проницаемости для нефти и воды в соответствии с ОСТ 39-235-89;

−остаточную нефтенасыщенность;

−электрическое сопротивление;

−коэффициент открытой пористости в пластовых условиях;

−изменение коэффициента открытой пористости в зависимости от изменения пластовых условий;

−коэффициент вытеснения (в том числе паром).

Экспериментальная установка, используемая для лабораторных работ, обладает уникальными характеристиками: наличие парогенератораперегревателя и возможность работать, как с керном, так и с насыпными моделями. Характеристики кернодержателя, насыпных моделей и парогенератора представлены в таблице 1.5.1.

26