Учебное пособие 1548

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОБРАЗЦА ГОРНОЙ ПОРОДЫ

Цель работы: определение абсолютной газопроницаемости горных породколлекторов при стационарной фильтрации с линейным направлением потока газа.

Общие положения

Под проницаемостью пористой среды понимают способность её пропускать жидкость или газ при наличии перепада давления. Проницаемость пористой среды зависит не только от свойств породы-коллектора, но и от свойств и режима движения фильтрующегося флюида. Так, для одной и той же породы проницаемость для воды может быть на порядок ниже, чем для газа. Связано это с различным взаимодействием флюидов с породой. Сильно понижается проницаемость и при движении в поровом пространстве породы одновременно двух фаз, например газированной жидкости или смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей. Для того чтобы выявить проницаемость именно как свойство породы, не зависящее от свойств фильтрующегося флюида, вводится понятие абсолютной проницаемости.

Под абсолютной проницаемостью понимают проницаемость пористой среды для газа или однородной жидкости при отсутствии физико-химического взаимодействия между жидкостью и пористой средой и при условии полного заполнения пор среды газом или жидкостью. Поскольку добиться отсутствия взаимодействия гораздо легче при фильтрации газа, на практике, в качестве абсолютной проницаемости принята газопроницаемость абсолютно сухой породы.

Наряду с абсолютной проницаемостью применяют понятия эффективной и относительной проницаемости. Под эффективной проницаемостью понимают проницаемость среды для данного газа или жидкости при одновременном присутствии в порах другой фазы – жидкой или газовой. В простейшем случае это газопроницаемость породы при остаточной водонасыщенности. Относительная проницаемость – это отношение между величинами эффективной и абсолютной проницаемости, выражаемое безразмерным числом, меньшим единицы.

В данной лабораторной работе рассматривается только метод определения абсолютной газопроницаемости. Абсолютная газопроницаемость может определяться при стационарной и нестационарной фильтрации в условиях линейного и радиального течения потока. Мы рассмотрим только метод определения при стационарной фильтрации в условиях линейного потока газа. Сущность метода заключается в определении постоянной(стационарной) скорости фильтрации газа через образец горной породы в линейном направлении под действием разности давлений. Скорость фильтрации определяется известным объёмом газа, прошедшим через образец за фиксированный отрезок времени при постоянной разности давлений.

3

Принципиальная схема простейшего прибора ГК-5 для определения абсолютной проницаемости приведена на рис. 1.1. На этом же рисунке указаны названия составных частей прибора.

Методика исследования

Образец правильной цилиндрической формы изготавливают из штуфа породы путём высверливания, обрезания, обточки и пришлифовки, просушивают в сушильном шкафу до постоянной массы при температуре105 °С, затем охлаждают в эксикаторе над прокаленным хлористым кальцием.

Рис.1.1. Принципиальная схема простейшего прибора для определения абсолютной газопроницаемости: 1 – источник давления, газовый баллон;

2 – манометр редуктора; 3– редуктор высокого давления; 4 – редуктор низкого давления; 5 – хлоркальциевый осушитель; 6 – фильтр; 7 – трёхходовой кран; 8 – образцовый манометр на входе; 9 – кернодержатель; 10 – образец;

11– трёхходовой кран; 12 – нуль-индикатор давления; 13– газомер; 14– уравнительная склянка; 15– газовый счётчик

Определяют размеры образца (длина и диаметр) штангенциркулем как среднее из 3-5 измерений в каждом направлении с погрешностью до 0,1 мм. Расхождение между результатами измерений не должно превышать 0,5 мм. Результаты измерений записывают в соответствующую графу таблицы 1.2.

Образец помещают в резиновую муфту струбцинного кернодержателя, затем вместе с муфтой помещают в стакан кернодержателя и герметизируют зажимая струбцину. Уплотнение достигается путём сжатия резиновой муфты при затяжке винтового зажима струбцины. В случае применения кернодержателя с боковым обжимом образец помещают в резиновую манжету так, чтобы зазор между стенками манжеты и боковой поверхностью образца был минимальным, допускающим перемещение образца в манжете. Создают давление бокового обжима, обеспечивающее отсутствие проскальзывания газа между образцом и манжетой(не выше2,5 МПа) с помощью предусмотренной для этой цели гидроили пневмосистемы. Давление обжима указывается в таблице результатов.

4

Открываем баллон и с помощью редуктора высокого давления подаём на вход редуктора низкого давления давление порядка3 атм, контролируя его с помощью манометра. С помощью редуктора низкого давления устанавливаем рабочий перепад давления, контролируя его по манометру на входе кернодержателя.

Выполняют трёхкратное измерение расхода газа через образец при разных перепадах давления в пределах0,01–3 атм. Измерение выполняют при давлении после образца, равном атмосферному, контролируя его по нуль-индикатору. В случае небольших расходов используется газомер.

Для этого открывают краники и поднимают уравнительную склянку до тех пор, пока уровень воды в мерной колбе не окажется выше верхней риски, но не достигнет трубок. Закрываем краник и ставим уравнительную склянку на стол. При этом фильтрующийся газ выходит из крана. Закрываем кран и вновь открываем кран так, чтобы давление газа было равно атмосферному (нульиндикатор). Вода из мерной колбы вытесняется в уравнительную склянку. Отмечаем время, за которое из мерной колбы вытесняется определённый объём воды. В случае больших расходов используется жидкостный газовый счётчик. В любом случае результат заносим в табл. 1.2.

После выполнения замеров на данном образце перекрываем подачу воздуха на образец с помощью крана 7, сбрасываем давление на входе в кернодержатель и вынимаем образец.

С помощью барометра замеряют атмосферное давление. Результат замера записывают в таблицу 1.2. Термометром измеряют температуру окружающей среды и по табл. 1.1 определяют вязкость фильтрующегося газа. Значение вязкости заносят в табл. 1.2.

Таблица1.1. Таблица вязкости азота и воздуха в зависимости от температуры

Вывод расчётной формулы.

Исходным является основное эмпирическое уравнение Дарси:

где Q– расход,

k – коэффициент проницаемости, P– перепад давлений,

F– площадь сечения образца, μ– абсолютная вязкость,

L– длина образца. Отсюда:

или

(1.1)

где: V – объём газа, T- время опыта,

P1 – давление перед образцом, P2 – давление после образца

В приведенной формуле фигурирует объём газа при среднем давлении в образце во время опыта: Pср= (P1+P2)/2, а у нас на выходе объём газа измерен при атмосферном давлении. По закону Бойля-Мариотта приводим измеренный объём к среднему давлению:

где Vср – объём при среднем давлении, Vизмизмеренный объём. Подставляем значение Vср в формулу(1.1):

6

Поскольку в формуле указаны абсолютные давления, а измеряются избыточные, переходим к последним:

где Рб– барометрическое давление.

После приведения подобных и учёта того, что избыточное давление после образца равно0, получаем:

При учёте того, что в данной формуле давления заданы в физических атмосферах, а измеряются в технических, а также желания перейти от дарси к наиболее удобной единице– миллидарси, возникает дополнительный множитель7,6×105 и окончательно формула приобретает вид:

(1.2)

где k– коэффициент проницаемости, миллидарси μ– абсолютная вязкость, сп(0,01г/см*сек)

L– длина образца, см;

Vизм – измеренный объём, см3;

Рб– барометрическое давление, мм.рт.ст; F– площадь сечения образца, см2;

Т– время, сек;

P1 – давление перед образцом, мм.рт.ст.

Обработка результатов.

В ходе обработки результатов заполняем две таблицы.

Таблица 1.2. Исходные данные для расчёта абсолютной газопроницаемости

7

При заполнении таблицы 1.2 рассчитываем площадь сечения образца по формуле F=πd2/4 (где d – диаметр образца), а значение вязкости воздуха берём из табл. 1.1.

Для проверки сохранения закона линейной фильтрации строят график зависимости расхода от перепада давления: Q=f(Р1). На графике (рис. 1.2) все точки должны лежать на одной прямой, проходящей через начало координат. Результаты, соответствующие точкам, не попадающим на прямую, в расчёте среднего значения не участвуют.

Рис. 1.2. График зависимости расхода от перепада давления

Табл. 1.3 последовательно отражает этапы расчёта по формуле(1.2), при её заполнении пользуемся стандартной формой записи чисел, чтобы избежать громоздких вычислений с очень большими числами.

Значение мантиссы берём с точностью до 0,001.

Таблица 1.3

Расчёт коэффициента абсолютной газопроницаемости.

1

Отчёт о выполнении лабораторной работы должен содержать следующие данные:

–цель работы;

–схему установки для определения абсолютной газопрони-цаемости;

–краткое описание методики определения;

–расчётную формулу с расшифровкой обозначений входящих в неё величин;

–полученные в ходе работы промежуточные результаты и полученные значения абсолютной газопроницаемости в виде табл. 1.2 и 1.3;

–краткий вывод из проделанной работы.

8

На рис. 2.1 представлена зависимость вязкости пластовой нефти от температуры при давлении 10 МПа.

Рис. 2.1. Зависимость изменения вязкости пластовой нефти Гремихинского нефтяного месторождения от температуры. Температура пласта 28 °С

На рис. 2.2 - номограмма зависимости объемов порций импульсов теплоносителя V(T) и холодной воды V(X) от эффективной температуры вытеснения нефти Тэф при разных температурах нагнетаемого теплоносителя Тх.

Рис. 2.2. Зависимость объемных отношений импульсов теплоносителя V(T) и холодной воды V(X) от эффективной температуры Тэф при разных температурах нагнетаемого теплоносителя Тα; α = 2

10