книги из ГПНТБ / Левит А.М. Анализ газа и дегазация при разведке нефтяных, газовых и угольных месторождений

По третьему способу пробы газа отбираются в шприцы л х и Л-2 для анализа на хроматермографе ХТ-2М и на многих других хроматографических приборах.

По четвертому способу в резиновых камерах отбирается и хра­ нится газ для калибровки газоанализатора газокаротажной стан­ ции. Резиновые камеры используются в некоторых дегазаторах для сбора извлекаемого газа.

По пятому способу пробы газа отбираются в колбы м и бу­ тылки н, из которых выкачан воздух.

По шестому способу в железные баллоны и под давлением со­ бирается газ из газовых линий нефтяных и газовых скважин,

атакже на различных промышленных установках. Под давлением

внебольших железных баллонах нередко готовятся и хранятся га­ зовые смеси для калибровки хроматографических приборов.

Приведение объема отобранной пробы газа к нормальным ус­ ловиям. Для приведения объема газа к идеальным условиям поль­ зуются уравнением

откуда

ѵ\РіТр РоТ

где н0 — объем извлеченного газа в сухом виде, приведенный к нор­ мальным температуре1* и давлению; ѵх■— объем влажного газа в условиях отбора пробы при давлении рх и температуре Тх (по аб­ солютной шкале); давление газа рх равно барометрическому дав­ лению воздуха (В) за вычетом упругости паров воды (W) в мм рт. ст.

р х= В — W.

Если вместо рх поставить его значение, получим

ѵх ( B - W ) ■273 760 • Тх

Величина W определяется при помощи психрометра и других приборов.

Отбор проб газа при газовом каротаже. Для анализа проб газа, извлекаемого при дегазации воды, глинистого раствора, шлама и керна, при газовом каротаже часто используется пробо­ отборник, изображенный на рис. 2.

10

казанном на рисунке, газ проходит через пробоотборник. При по­ вороте крана на 90° он принимает положение, изображенное пунк­ тиром, и газ проходит мимо пробоотборника. При отборе пробы через пробоотборник необходимо пропустить не менее чем четы­

рехкратный объем газа (80 мл).

Для анализа газа, извлеченного из проб бурового раствора при глубокой дегазации, вместо пробоотборников часто применяются

ОТБОР ПРОБ ВОДЫ

Существуют различные способы отбора проб воды для опреде­ ления содержания в них газа. Методика отбора проб воды зави­ сит от источника, из которого отбирают воду.

Для определения содержания углеводородных и неуглеводород­ ных газов в воде фонтанирующих и переливающих скважин, в воде артезианских, разведочных и наблюдательных скважин с устано­ вившимся уровнем воды ниже поверхности земли, а также в воде родников и источников и в отдельных колодцах отбирают пробы этих вод, затем их дегазируют и определяют компонентный состав извлеченных газов.

11

Из переливающих и фонтанирующих скважин пробы воды от­ бираются непосредственно в колбы или бутылки, подставляемые под срез трубы или под кран. Перед отбором пробы из труб или кранов следует спускать застоявшуюся в них воду.

Для отбора проб воды из артезианских, разведочных н наблю­ дательных скважин с установившимся уровнем воды ниже поверх­ ности земли для глубин более 500 м применяется пробоотборник ПД-03 и другие [16], позволяющие отбирать пробы с сохранением пластового давления.

Из неэксплуатируемых и непереливающих скважин глубиной менее 500 м и диаметром более 76 мм пробы воды отбираются при помощи пробоотборника Могилевского и Кузнецовой. Для отбора проб воды из колодцев и открытых водоемов используется двух­ клапанный проотборник (батометр) конструкции автора [28].

Пробоотборник ПД-03 (рис. 3, а). Этот пробоотборник пред­ ставляет собой металлический цилиндр длиной 2,6 м, массой 10,5 кг, емкостью 0,8 л. Он состоит из наконечника, двух переход­ ников, трубы, стакана, муфты и хвостовика. Перевод отобранной пробы из пробоотборника ПД-03 в колбу или бутылку— весьма кропотливая операция. Для замера давления в пробоотборнике и перевода газа и воды из пробоотборника к нему присоединяют манометр и два переводника.

Схема приспособления для извлечения газа и воды из пробоот­ борника ПД-03 показана на рис. 3, б.

При закрытых боковых вентилях 2 и 3 открывают верхний кла­ пан 10, после чего открывают вентиль 2 и замеряют давление в пробоотборнике. Для отбора выделившегося из воды газа на штуцер 5 надевают резиновую трубку 8, свободный конец которой подводят к градуированной бутылке 9, бутылку заполняют водой, помещают в аквариум 16 и медленно открывают вентиль 3.

Двухклапанный батометр. Двухклапанный батометр предна­ значен для отбора проб воды из колодцев и открытых водоемов с разных глубин (рис. 4).

Батометр состоит из цилиндра, в крышке и донышке которого имеются отверстия, закрывающиеся клапанами. Нижний клапан 2 служит для впуска воды, а верхний 3 — для выхода воздуха. Оба клапана прикрепляются к одному стержню 4. Снизу стержень со­ единен с подставкой 5, к верхнему концу прикреплено кольцо 6, служащее для открывания клапанов при достижении батометром

бираются так, чтобы он свободно опускался на нужную глубину и не открывался самопроизвольно. Вода заполняет батометр спо-

12

койно, что предохраняет ее от частичной дегазации. После запол­ нения батометра водой, которое длится около 45 с, опускают стер­ жень с клапанами, извлекают батометр и воду переводят в сосуд для дегазации. Для избежания потерь газа при переводе воды из

батометра в сосуд для дегазации можно дегазировать воду в са­ мом батометре.

Кроме указанных пробоотборников, при гидрогеологических ис-. следованиях применяется еще пробоотборник Е. В. Симонова и др. При океанографических исследованиях используются бато­ метры Кнудсена и БМ-48 емкостью 1 л и общей массой 4,3 кг,

13

батометр «Северный полюс» емкостью 1 л и массой 2,5 кг и бато­ метр ДАНИИ емкостью 0,22 л и массой 1,9 кг [58].

ОТБОР ПРОБ КЕРНА

При газокерновой съемке и газометрии скважин из колонковой трубы отбирают пробы керна массой 400—600 г. Пробу ножом очищают от глинистого раствора, взвешивают и загружают в широкогорлые бутылки или банки объемом 500 мл. С одной глубины отбирают три пробы керна, из которых две заливают кипяченой водой, после чего все три банки или бутылки гермети­ зируют.

При подъеме образцов керна со значительных глубин в откры­ тых колонках на дневную поверхность теряется значительная часть содержащегося в них газа [55].

Из табл. 1 видно, что для приведенных пород размеры потерь очень велики. Причем для песчаников, обладающих большей по­ ристостью и проницаемостью, эти потери в 10 раз больше, чем для глин. Потери газа зависят также и от глубины отбора. Чем глубже залегает порода, из которой отбирается керн, тем больше давле­ ние содержащегося в нем газа и тем больше будут потери газа при его подъеме. Отсюда следует, что результаты анализа газа, извлеченного из керна, поднятого на поверхность в открытых ко­ лонках, нельзя использовать для количественных расчетов.

Для избежания значительных потерь газа при подъеме керна на дневную поверхность применяются газокерноотборники, обеспе­ чивающие подъем керна без значительных потерь газа.

Глубинные газокерноотборники впервые применены при газо­ геохимических исследованиях углеразведочных скважин. Они и в настоящее время используются в различных угольных бассейнах нашей страны [18].

Применяемые газокерноотборники разделяются на две группы: а) газокерноотборники, основанные на принципе улавливания газа, выделяющегося из отобранной пробы в специальную газосборную

14

емкость при подъеме керна из скважины на дневную поверхность; б) газокерноотборники, основанные на герметизации керна на за­ бое скважины и доставке полученной пробы на поверхность с со­ хранением забойного давления.

Газокерноотборники с газоулавливателями. К достоинствам этих снарядов относятся простота конструкции и увеличенный диа­ метр керна; к недостаткам — потери значительной части газа (>30% ) при подъеме пробы на поверхность и утечка газа из газо­ сборника после его заполнения, а также потери газа на поверх­ ности при переводе керна и газа из снаряда в банки, бутылки или колбы для дегазации и анализа газа.

Газокерноотборники с герметизацией на забое. Эти газокерно­ отборники наиболее перспективны. Основное достоинство их — подъем герметизированного образца керна на дневную поверхность при сохранении забойного давления, что дает возможность опре­ делять газосодержание отбираемых проб керна.

Колонковый снаряд КС-2М. Применяемый при геохимических исследованиях газокерноотборник КС-2М представляет собой сна­ ряд диаметром 89 мм, спускаемый к забою на колонне бурильных труб. Интервал проходки газокерноотборника 0,5 м, диаметр керна 32—36 мм, максимальная глубина отбора керна 1200 м.

Поднятый на дневную поверхность керн дегазируется в керно­ приемной камере 3 раза: 1) из керноприемной камеры отбирают свободно выделившийся из керна газ; 2) соединяют керноотборную камеру с дегазатором ПДП 1 и при комнатной температуре откачи­ вают газ, выделяющийся из керна; 3) нагревают керн в керноогборнике до 60—70° и при помощи ПДП снова откачивают газ, выделившийся из керна. После этого керн извлекают из кернопри­ емной камеры и помещают в банку или широкогорлую бутылку, которые герметизируются, и дегазацию производят обычным для керна способом.

ОТБОР ПРОБ ШЛАМА

Остаточное количество газа в шламе, который выносится буро­ вым раствором на дневную поверхность, очень невелико. Оно в сотни раз меньше того количества газа, которое переходит из шлама в буровой раствор при его подъеме от забоя на дневную поверхность. Если учесть, что ошибка, допускаемая при определе­ нии газосодержания бурового раствора, значительно больше этой величины, то его определение для количественных расчетов можно считать нецелесообразным.

Необходимо также принять во внимание, что при определении газосодержания бурового раствора учитывается и остаточное газо­ содержание шлама, так как в буровом растворе содержится шлам и при глубокой дегазации глинистый раствор и шлам практически

1 ПДП — полевой десорбционный прибор.

15

полностью выделяют весь содержащийся в них газ. Поэтому оши­ баются те авторы, которые считают, что при разведке нефтяных и газовых месторождений для количественных расчетов необходимо учитывать газосодержание шлама. Однако определение качествен­ ного состава газа, содержащегося в шламе, часто представляет определенный интерес. Это видно из соотношения компонентов в газовой смеси, извлеченной при термовакуумной дегазации проб бурового раствора и шлама, отобранных при бурении различных скважин Краснодарского края (табл. 2).

Таблица 2

Соотношение концентраций углеводородных компонентов в углеводородной смеси, извлеченной из проб бурового раствора и шлама при бурении скважин

на Абино-Украинской площади

В табл. 2 приведены наиболее характерные результаты из большого количества анализов газов, извлеченных из проб буро­ вого раствора и шлама. Из этих данных видно, что концентрации всех тяжелых углеводородов в углеводородной газовой смеси, из­ влеченной при термовакуумной дегазации шлама, больше, чем в углеводородной смеси, извлеченной при термовакуумной дегаза­ ции бурового раствора. Поэтому изучение шлама может оказаться полезным при определении природы флюида пласта (нефть, газ). Необходимо отметить, что путем определения газосодержания шлама часто удается обнаружить новые продуктивные пласты при наличии послевлияния ранее пройденных пластов. Кроме того, изу­ чение шлама дает возможность определять литологический харак­ тер разбуриваемых пластов и содержание в них битумов [4].

Шлам отбирается из циркулирующего бурового раствора при помощи специальной сетки. Сетка устанавливается как можно ближе к устью скважины. Объем пробы шлама (100 мл), отбира­ емого при газовом каротаже для определения его газосодержания (при газометрии скважин масса пробы шлама составляет 400— 600 г), замеряют мензуркой, после чего пробу слегка промывают водой и переводят в колбу объемом 120 мл, которую заполняют водой и закрывают пробкой. Колбы вставляют в опрокинутом виде

вштативы с гнездами. Штативы с пробами отвозят в лабораторию

вспециальных ящиках.

16

Шлам, отобранный при помощи автоматических шламоотборников, используется: 1) для построения литолого-стратиграфического разреза скважины (без отбора керна); 2) для изучения коллектор­ ских свойств пород и определения их битуминозности; 3) для изу­ чения компонентного состава газа с целью уточнения характера флюида.

Автоматический шламоотборник ШО-1М. Шламоотборник ШО-1М (рис. 5) предназначен для автоматического отбора шлама в процессе бурения скважин на нефть и газ с маркировкой отоб­ ранных порций шлама через заданные интервалы истинных глу­ бин [4].

Шламоотборник состоит из трех блоков. В первый блок входят: пульпоприемный шланг 19 для отбора проб пульпы из затрубного пространства 18 при помощи насоса 20 и шланга 17 для подачи пульпы во второй блок. Второй блок состоит из шламосортиру­ ющей колонки, разделенной на три секции 1, 2, 3, и пробоотборных стаканов 11, 12, 13. В стакане 11 собираются частицы шлама раз­ мерами > 5 мм, в стакане 12 — от 5 до 3 мм, в стакане 13 — от 3 до 1,5 мм. Шламоотборные стаканы снабжены устройствами, позволяющими по дистанционным командам забрасывать в ста­

■- л f

Отобранные пробы шлама вынимают из шламоотборника во время смены долота и отвозят в лабораторию для изучения. Сле­ дует отметить, что содержание газа в шламе, отобранном шламоотборником ШО-1М, меньше, чем в шламе, отобранном сеткой, так как в процессе его отбора автоматическим отборником шлам про­ мывается значительным количеством бурового раствора.

Автоматический шламоотборник «Диафлюкс». Общий вид авто­ матического шламоотборника «Диафлюкс» [69] показан на рис. 6.

Часть бурового раствора вместе со шламом отводится при по­

ное™ и литологического характера разбуриваемых пластов. Необ­ ходимо, однако, учесть, что работа со шламоотборником «Диаф­ люкс» в зимнее время затруднена.

ОТБОР ПРОБ БУРОВОГО РАСТВОРА

Для определения приращения содержания газа в буровом раст­ воре в процессе бурения скважины необходимо знать его содержа­ ние в буровом растворе, выходящем из скважины и входящем в скважину.

18

Методика отбора проб выходящего бурового раствора. Для определения содержания углеводородных газов, а также других газов в буровом растворе, выходящем из скважины, отбирают про­ бы раствора, которые затем дегазируются, а извлеченные газы анализируются на хроматографическом приборе.

Пробы выходящего из скважины бурового раствора, как пра­ вило, отбираются на некотором небольшом расстоянии от устья скважины и сравнительно редко — из затрубного пространства. Это относится и к дегазатору газокаротажной станции, который иногда устанавливается на значительном расстоянии от устья скважины. Необходимо поэтому выяснить, как изменяется газонасыщенность бурового раствора при его переходе из затрубного пространства в желоб и по мере его передвижения по желобу1.

Для этой цели при монтаже скв. 198 на площади Газли в во­

в интервале 700—740 м одновременно брали пробы бурового

Содержание газа в пробах, отобранных из затрубного простран­ ства, соответствовало его содержанию в буровом растворе и слу­ жило эталоном, так как никаких потерь при отборе не было.

1 Это необходимо знать не только при отборе проб бурового раствора, но и для определения места установки желобного дегазатора.