Физика пласта
..pdf
этом исходят из предположения, что под действием капиллярных сил вода в поровых каналах пласта проникла до высоты, на которой капиллярное давление уравновесилось гидростатическим столбом воды, т. е. справедливо соотношение
Рк = gh(ρв −ρн ),
где ρн и ρв – значения плотности пластовой воды и нефти соответственно; g – ускорение силы тяжести; h – высота над уровнем 100%-ного насыщения пор водой; Рк – капиллярное давление. Отсюда
h = ( Рк ).
g ρв −ρн
Рис. 7.3. Схема изменения водонасыщенности пород по вертикали
Капиллярное давление Рк – функция водонасыщенности Рк = f(s). Тогда
= f (s)
h g (ρв −ρн ).
Эта зависимость отличается от Рк = f(s) только постоянным множителем, и, следовательно, кривая, выражающая зависимость водонасыщенности от высоты над уровнем воды, и зависимость Рк = f(s) будут одинаковыми, если на оси ординат вместо Рк отложить соответствующее данному значению Рк расстояние от водонефтяного контакта h в необходимом масштабе. Используя эту кривую (см. рис. 7.3), где капиллярное давление Рк преобразовано в высоту столба h, которым уравновешивается данное капиллярное давление, можно приближенно оценить распределение воды и нефти по вертикали в переходной зоне, а также среднее содержание воды по всей толщине пласта. Так, например, среднее содержание воды в порах пласта в интервале от h1 до h2
h∫2 ϕ(h)dh
Scp = |
h1 |
|
. |
h2 −h1 |
|
||
|
|
|
|
Величину интеграла в этой формуле |
определяет площадь под кривой |
||
s = φ(h) между соответствующими значениями h1 и h2.
Зависимость остаточной воды от фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС)
По результатам лабораторных исследований установлены устойчивые связи остаточной водонасыщенности с фильтрационно-емкостными свойствами образцов керна: проницаемостью (рис. 7.4), открытой пористостью (рис. 7.5)
121
и комплексным параметром – квадратным корнем из отношения проницаемости к пористости (рис. 7.6).
Рис. 7.4. Сопоставление остаточной водонасыщенности и газопроницаемости
Рис. 7.5. Сопоставление остаточной водонасыщенности (Kов) и открытой пористости (Kп) для турнейско-фаменских карбонатных отложений
122
Рис. 7.6. Сопоставление остаточной водонасыщенности и комплексного параметра
Для определения нефтенасыщения пород необходимо знать количество остаточной водонасыщенности в пласте. Коэффициентом остаточной водонасыщенности (Kов) называется отношение объема воды (Vов) в породе при капиллярном давлении, соответствующем местоположению коллектора над уровнем ВНК, к объему пор (Vпор):
Kов = Vов .
Vпор
Измеряется остаточная водонасыщенность в процентах или долях единицы. Аналогично определение нефте- и газонасыщенности:
K |
н |
= |
Vн |
100 %, |
K |
г |
= |
Vг |
100 %. |
|
|
||||||||
|
V |
|
|
V |
|
||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
пор |
|
|
|
|
пор |
|
Тогда нефтенасыщенность
Kн = 1 – Kов – Kг.
123
Практическая работа № 14
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСТАТОЧНОЙ ВОДОНАСЫЩЕННОСТИ МЕТОДОМ ПОЛУПРОНИЦАЕМОЙ МЕМБРАНЫ
Цель работы. Моделирование остаточной водонасыщенности на групповом капилляриметре типа GCS-765 и В32-32, определение значения Kов.
Наиболее обоснованным среди косвенных методов определения остаточной водонасыщенности является метод капилляриметрии, регламентируемый ОСТ 309-204–86. Он заключается в моделировании остаточной воды при вытеснении ее из образца воздухом. Образцы насыщаются пластовой водой, после чего помещаются на полупроницаемую мембрану в капилляриметр (рис. 1),
вкамере которого создается избыточное давление. Мембрана называется полупроницаемой, потому что, пропуская воду, не пропускает воздух. Оставшаяся
вобразце вода называется остаточной.
Описание прибора. В состав капилляриметра входят следующие основные блоки (рис. 2):
–блок подачи и контроля давления газа;
–камера для испытания образцов.
Рис. 1. Капилляриметры и блок подачи и контроля давления газа
1 |
Pизб |
2 |
3 |
Рис. 2. Схема капилляриметра: 1 – |
корпус капилляриметра; 2 – образец; |
3 – полупроницаемая мембрана |
124
В камере (см. рис. 2) размещается основной элемент капилляриметра – полупроницаемая мембрана, тонкопористый диск из керамики. Важным параметром мембраны является давление начала прорыва, контролируемое размером самых крупных пор. Давление прорыва мембраны определяет максимальную величину капиллярного давления, которая может быть достигнута в опыте (до
1,5 МПа).
Необходимая аппаратура и принадлежности
–капилляриметр;
–весы лабораторные;
–баллон со сжатым воздухом.
Порядок выполнения работы
1.Высушивают экстрагированные образцы, доводят до постоянного веса, насыщают моделью пластовой воды под вакуумом; на каждом этапе проводят взвешивание образцов, результаты взвешивания заносят в журнал.
2.Образцы устанавливают в камеру капилляриметра, поместив между ними и мембраной смоченный водой бумажный фильтр.
3.Поднимают давление в системе до заданного и поддерживают его до прекращения вытеснения жидкости из образцов.
4.Сбрасывают давление в системе.
5.Извлекают образцы из камеры капилляриметра и взвешивают их.
6.Выполняют расчет коэффициента остаточной водонасыщенности для каждого образца по формуле
Kов = Р3 − Р1 100,
Р2 − Р1
где Р1 – вес сухого проэкстрагированного образца, г; Р2 – вес насыщенного водой образца в воздухе, г; Р3 – вес образца с остаточной водой после капилляриметра, г.
7. Оформляют результат в виде таблицы:
Результаты исследований
Номер |
|
Вес образца, г |
|
|
|
Р1 |
Р2 |
Р3 |
Kов, % |
||
образца |
|||||
сухого |
насыщенного водой |
с остаточной водой |
|
||
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
125
Контрольные вопросы
1.Что такое остаточная водонасыщенность?
2.Для чего важно знать остаточную водонасыщенность?
3.Чему равна начальная нефтенасыщенность?
4.Прямые и косвенные методы определения остаточной водонасыщенности.
5.Принцип полупроницаемой мембраны.
Практическая работа № 15
МОДЕЛИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНОЙ ВОДОНАСЫЩЕННОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД МЕТОДОМ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ
Цель работы. Определение коэффициента начальной водонасыщенности образцов горных пород-коллекторов с использованием метода центрифугирования.
Величину остаточной водонасыщенности в лабораторных условиях можно оценить, используя метод центрифугирования. Метод основан на вытеснении воды центробежными силами, возникающими при вращении образца в центрифуге.
Вытеснению воды из породы препятствуют капиллярные силы, возникающие на границе раздела двух фаз – вытесняемой и вытесняющей. Сначала при малых оборотах ротора жидкость вытесняется из крупных капилляров. В дальнейшем с увеличением числа оборотов создаваемый перепад давления позволяет преодолевать все большую величину капиллярного давления и вытеснять воду из капилляров меньшего размера.
С некоторого момента повышение числа оборотов ротора практически перестает влиять на количество оставшейся в породе воды (рис. 1). Эту воду и считают остаточной.
Капиллярное давление, развиваемое при центрифугировании в угловом роторе, рассчитывается по формуле Б.И. Тульбовича, А.В. Берлина:
|
|
|
|
|
|
L |
|
2 |
|
|
Р |
= Р =1,11 10−2 |
∆ρn2 |
|
R |
|
+ |
L |
|
, |
|
|
|
|||||||||
к |
ц |
|
|
ц |
|
4 |
|
9 |
|
|
где Pк, Pц – значения капиллярного и центробежного давления соответственно, Па; ∆ρ – разница значений плотности воды, которой насыщен образец, и среды, в которой вращается образец, кг/м3; n – частота вращения ротора центрифуги, об/мин; Rц – радиус вращения центра масс образца горной породы в стакане, м; L – длина образца, м.
126
Рис. 1. Зависимость капиллярного давления от водонасыщенности
В случае, когда водонасыщенность моделируется 4-нормальным раствором NaCl и образцы вращаются в воздухе, σ = 72 мН/м; cosθ = 0,707; R0 = 0,58 м;
ρвозд = 1,29 кг/м3.
Описание установки. Установка состоит из лабораторной центрифуги типа РС-6 периодического действия, стационарной, с частотой вращения вала до 6000 об/мин, с угловым ротором и специальными стаканами для керна. Электрическая схема установки позволяет плавно регулировать обороты ротора
вдиапазоне от 500 до 6000 об/мин, термостатировать объем рабочей камеры
впределах от 0 до +30 °С, работать в режиме автоматического отключения привода и создавать электромагнитное торможение ротора.
Порядок выполнения работы
1.Определяют массу (М0) предварительно экстрагированного и высушенного при 102–105 °С образца.
2.Производят насыщение образца под вакуумом моделью пластовой воды, предварительно определив ареометром ее плотность, в течение 10 мин.
3.Определяют массу (М1) насыщенного водой образца. Заносят исходные данные в табл. 1.
127
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
Исходные данные исследований |
|
||
|
|
|
|
|
№ |
Наименование величин |
Обозначение |
Единица |
Результаты |
п/п |
|
|
измерения |
исследования |
1 |
Длина керна |
L |
м |
|
2 |
Масса сухого образца |
M0 |
г |
|
3 |
Масса насыщенного образца в воздухе |
M1 |
г |
|
4 |
Плотность раствора |
ρ |
кг/м3 |
|
5 |
Плотность воздуха |
ρвоз |
кг/м3 |
1,293 |
6 |
Радиус вращения центра масс образца |
Rц |
м |
|
Рис. 2. Весы для уравновешивания стаканчиков с образцами
Рис. 3. Схема установки стакана с образцом горной породы в угловом роторе центрифуги: 1 – корпус стакана; 2 – центратор; 3 – перфорированная подставка под образец; 4 – образец горной породы; 5 – подставка под разновес; 6 – крышка с крючком; 7 – корпус углового ротора
4.Устанавливают образцы в стаканы центрифуги. Стаканы с образцами керна уравновешивают с помощью весов (рис. 2).
Уравновешивание осуществляется с помощью специальных разновесов, которые следует засыпать на подставку 5 в стакане 1 (рис. 3).
Количество стаканов в центрифуге должно быть обязательно чет-
ным – 2, 4, 6, 8.
5.Устанавливают уравновешен-
ные на весах стаканы с образцами в противоположные от центра наклонные отверстия углового ротора центрифуги (для балансировки последнего согласно инструкции к центрифуге), как показано на рис. 3.
6.Включают центрифугу. Изменяют режимы центрифугирования, устанавливая различные скорости вращения ротора. Время каждого режима – 25–30 мин.
7.После окончания каждого режима образец взвешивают на весах, определяют его массу (М2).
8.Рассчитывают водонасыщен-
ность Kв на каждом режиме центрифугирования по формуле
128
Kв = M2 −M0 . M1 −M0
9. Заносят полученные данные в итоговую табл. 2.
Таблица 2
Расчет водонасыщенности и капиллярного давления
Число оборотов |
Масса образца после |
Водонасыщенность (Kв) |
Давление |
ротора n, |
i-го режима |
после i-го режима |
центрифугирования |
об/мин |
центрифугирования, г |
центрифугирования, д. ед. |
Рк, 10–1 Па |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10.При стабилизации значений водонасыщенности Kв эксперимент прекращают, центрифугу останавливают.
11.Строят зависимость капиллярного давления Рк от водонасыщенности Kв (см. рис. 1).
Контрольные вопросы
1.Дать определение коэффициента начальной водонасыщенности.
2.Дать определение коэффициента остаточной водонасыщенности.
3.Какие существуют методы для определения количества остаточной воды в образце горной породы?
4.В чем преимущества и недостатки метода центрифугирования при определении количества начальной/остаточной водонасыщенности?
5.Как связана величина остаточной воды с величиной капиллярного давления в методе центрифугирования?
6.Значение насыщенности горных пород в нефтепромысловом деле.
7.Чем отличается обводненность от водонасыщенности?
129
Практическая работа № 16
ИЗМЕРЕНИЕ КИСЛОТНОСТИ, ОБЩЕГО СОЛЕСОДЕРЖАНИЯ, СОЛЕНОСТИ, УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ, УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ВОДНОГО РАСТВОРА С ПОМОЩЬЮ ПРИБОРА SEVEN MULTI
Цель работы. Измерение pH, общего солесодержания, солености, удельной электропроводности, удельного сопротивления раствора.
Теоретическая часть
Распад молекул различных веществ в растворах называется электролитической диссоциацией. Часть молекул воды под влиянием слабого электричества также распадается на ионы, которые обозначаются Н+ (свободные водородные ионы) и ОН- (гидроксильная группа). Когда содержание тех и других равно, говорят, что вода имеет нейтральную реакцию. В такой воде диссоциирует одна молекула на каждые 10 млн, или одна на 107. Степень берется за показатель ки- слотно-щелочного равновесия, обозначается рН и вычисляется как логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком, т.е. рН = –log (Н+). У нейтральной воды рН = 7, а нейтральной называется вода, в которой либо вообще нет кислот и щелочей, либо они присутствуют в ней в равном количестве. В воде, содержащей щелочи (в состав которых входит группа ОН), концентрация ионов водорода будет меньше и показатель рН начнет возрастать, а если в воде есть кислоты (в состав которых входит Н), то снижаться. Шкала показателей рН представляет собой прямую линию от 0 до 14, где рН нейтральной воды находится посередине. Влево от него идут кислые воды, вправо – щелочные.
Удельное электрическое сопротивление вещества Ω – величина, численно равная сопротивлению проводника длиной, равной единице длины, и площадью поперечного сечения, равной единице площади, – Ом·м (Ом·см).
Удельная электрическая проводимость вещества g – величина, обратная удельному электрическому сопротивлению:
g = 1/ρ.
Размерность g – сименс на метр (S/m, См/м).
Под измерением общего солесодержания понимается общее содержание солей в растворе, прошедшем через фильтр с размером пор 0,45 мк. В эту категорию обычно попадают следующие ионы: карбонат-анион, бикарбонат-анион, хлорид-анион, сульфат-анион, фосфат-анион, нитрат-анион, катионы кальция, магния, натрия, органические ионы и некоторые другие ионы.
Общее солесодержание рассматривается как критическая величина для поддержания жизни в воде, поскольку для существования водных организмов
130