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

Из табл. 3 видно, что для проб, отобранных на расстоянии 2 м от устья скважины, потери составляют

Такие потери сравнительно невелики и не выходят далеко за пределы погрешности ана­ литического прибора. Правда, величины от­ ношений содержаний метана в пробах, ото­ бранных из затрубпого пространства и из же­ лоба, колеблются в значительных пределах. Однако такие колебания вполне закономерны, так как содержание метана в растворе значи­ тельно меняется от пробы к пробе. Средняя же величина, полученная для 22 опытов (44 пробы) является вполне надежной. Сле-

\ - 2

5

■3

Рис. 7. Приспособление для отбора проб входящего буре­ вого раствора:

колба, 4 — штатив, 5 — резиновая пробка, 6 — кольцо для крепления колбы, 7 — ограничитель, 8 — ручка

дует отметить, что при использовании менее вязких буровых рас­ творов потери газа в момент его выхода на поверхность более значительны. Поэтому надо стремиться отбирать пробы бурового раствора из затрубного пространства.

20

Методика отбора проб входящего бурового раствора. Пробы входящего бурового раствора лучше всего отбирать из всасываю­ щей трубы насоса через штуцер при помощи специального приспо­ собления [41] (рис. 7, а).

Через штуцер 3 до середины трубы 2 проходит железная трубка 4, на которую сверху надета вакуумная резиновая трубка с металлическим переходником 5. Трубка 4 прикрепляется к шту­

помощи резиновой трубки колба присоединяется к вакуумному насосу, из нее выкачивается воздух, после чего она закрывается зажимом Кохера. Вакуумированная колба присоединяется к труб­ ке 4 при помощи переходника 5, и при открывании зажимов она моментально заполняется буровым раствором. После отбора про­ бы зажимы 7 и 8 закрываются, и колба отсоединяется от пере­ ходника. Пробки с отводами и зажимами могут быть под водой заменены обычными пробками.

При отсутствии возможности отбора проб входящего бурового раствора из всасывающей трубы их можно брать из мерника у храпка при помощи специального пробоотборника. Иногда для этого используется пробоотборник газокаротажной станции, кото­ рый для этой цели непригоден, так как при переливании отобран­ ной пробы из пробоотборника в колбу, где она дегазируется, теря­ ется значительная часть газа. Для отбора проб входящего буро­ вого раствора из мерника без потерь нами собран специальный пробоотборник (рис. 7, б).

Пробоотборник состоит из двух вставленных одна в другую трубок 1 и 2. К наружной трубке приварен штатив 4 для вставле­ ния колбы 3, а на внутреннюю трубку надевается резиновая пробка 5.

Колба вставляется в штатив и прикрепляется к нему при помощи кольца 6. Для открывания колбы при отборе пробы слу­ жит основная ручка 8, а при вынимании колбы из штатива после отбора пробы пользуются ручкой 7.

Для выработки методики определения газосодержания входя­ щего бурового раствора необходимо было выяснить влияние места отбора проб входящего раствора на его газосодержание. Для этого в процессе бурения различных скважин на Щелковском под­ земном газохранилище при вскрытии эксплуатационного пласта1 нами одновременно отбирались пробы выходящего и входящего бу­ рового раствора. Пробы отбирались через каждые 0,5 м проходки, а по окончании бурения при продолжении циркуляции бурового раствора — через каждые 5 мин. При этом пробы входящего буро­ вого раствора брали одновременно у храпка и на расстоянии 1 м от храпка. Как и в предыдущих опытах, все отобранные пробы дегазировались на приборе СД, а извлеченные газы анализирова­ лись на хроматермографе ГСТЛ-3.

21

Полученные результаты показаны на рис. 8, из которого видно, что место отбора пробы входящего раствора играет значительную роль при определении его газосодержания. В пробах, отобранных на расстоянии 1 м от храпка, содержание метана в 2 с лишним

Рис. 8. Зависимость содержания углеводородных газов в пробах входящего бурового раствора от места их отбора:

раза меньше, чем в пробах, отобранных у храпка. В пробах, отоб­ ранных выше или ниже храпка, метана также значительно меньше, чем в пробах, отобранных у храпка.

Из всего изложенного следует, что пробы входящего бурового раствора следует отбирать из всасывающей трубы насоса при по­ мощи специального приспособления, а при отсутствии такой воз­ можности — из мерника у храпка при помощи специального пробо­ отборника. Пробы выходящего бурового раствора следует отбирать из затрубного пространства при помощи такого же приспособле­ ния или, в виде исключения, из желоба на расстоянии 1 м от устья скважины.

22

Полученные результаты должны быть учтены при конструиро­ вании желобных дегазаторов для определения газосодержания входящего и выходящего бурового раствора.

Подготовка пробоотборников для отбора проб. При газовом ка­ ротаже после дегазации буровой раствор выливается и колбы вместе с пробками промываются холодной водой. Если дегазиро­ ванные пробы содержали значительные количества нефти, то колбы и пробки следует дополнительно промывать мыльным раствором и горячей водой.

При газометрии скважин, когда в дегазируемой пробе буро­ вого раствора, керна или шлама часто определяются весьма незна­ чительные концентрации углеводородных газов, следует после промывки пробки прокипятить, а пробоотборники промыть и про­ парить.

Часть промытых и пропаренных пробоотборников (10%) проверяют на чистоту путем определения в отобранном из них воздухе тех же компонентов, что и при анализе извлеченных газов. Проверка пробоотборников на чистоту проводится на том же при­ боре, что и анализ извлеченного газа.

Влияние материала газовоздушной вакуумной линии на резуль­ таты общего и компонентного анализа газа при газовом каротаже.

трубку от желобного дегазатора к газоанализатору станции, необ­ ходимо учитывать искажающее влияние материала трубки на ре­ зультаты анализа.

Так, в опытах, проведенных Е. В. Галкиным и Г. А. Слуцкиной [7], при пропускании из газометра шестикомпонентной углеводо­ родной смеси со скоростью 500 мл/мин через полихлорвиниловую трубку длиной 53 м при температуре 20° максимальные показания по метану были получены через 2,5 мин, по этану и пропану — через 3 мин, а по бутану они не превысили 80% от исходной вели­ чины даже по истечении 10 мин от начала пропускания смеси. Что касается пентана и гексана, то даже по истечении 20 мин от на­ чала пропускания их концентрации не превысили соответственно 76 и 20% от исходных.

Искажающее влияние металлических трубок значительно меньше влияния полихлорвиниловой. Возможны случаи, когда при нагреве полихлорвиниловой трубки ранее адсорбированные газы частично выделяются, и повышенные газопоказания могут быть ошибочно приняты за газопроявление разбуриваемых пород. Для очистки полихлорвиниловой газовоздушной линии от адсорбиро­ ванных углеводородов ее помещают на несколько часов в ведро с горячей (80—90°) водой и непрерывно продувают воздухом. Проверка газовоздушной линии на чистоту проводится путем ана­ лиза воздуха, пропускаемого через нее при обычной темпера­ туре.

23

УМЕНЬШЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИЙ УГЛЕВОДОРОДНЫХ И НЕУГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ ПРИ ХРАНЕНИИ

Для определения как суммарного содержания, так и компо­ нентного состава углеводородных газов, содержащихся в воде, гли­ нистом растворе, шламе и керне, отбираются пробы этих веществ, которые затем дегазируются, а извлеченные газы подвергаются общему или компонентному анализу. Нередки случаи, когда отоб­ ранные пробы дегазируются не сразу, а по истечении определен­ ного срока после их отбора. Необходимо было поэтому выяснить влияние времени и условий хранения проб воды и бурового раст­ вора на изменение концентраций содержащихся в них различных углеводородных газов. Кроме того, часто приходится хранить газы, предназначенные для калибровки аналитических приборов, и газы, отобранные на промысловых скважинах, для сравнения их компо­ нентного состава с составом газа, извлеченного из бурового раст­ вора при газовом каротаже.

Влияние времени хранения проб воды и глинистого раствора на концентрации растворенных в них углеводородных газов

Для определения изменения концентраций различных углеводо­ родных газов, содержащихся в воде и глинистом растворе, при хранении был проделан следующий опыт. Воду и глинистый раст­ вор (вязкостью 28 с) насытили попутным нефтяным газом, затем насыщенные воду и глинистый раствор разлили в бутылки ем­ костью 0,25 л, закрыли резиновыми пробками и в опрокинутом виде поставили на хранение [33]. После определенного срока хра­ нения дегазировали по две бутылки с водой и по две бутылки с глинистым раствором, а извлеченные газы анализировали на хро­ матографическом приборе. Значительного изменения концентраций различных компонентов в газовой смеси, извлеченной из воды или

в течение 20 суток заметного изменения концентраций этих газов

24

нения пробы не должно превышать 10 сут, а при значительном содержании растворенных углеводородных газов можно допусти­ мое время хранения увеличить до 20 сут.1

Влияние времени хранения смесей

предельных углеводородных газов на концентрации отдельных компонентов

Природные газы, эталонные смеси, приготовленные для калиб­ ровки аналитических приборов, и газовые смеси, извлеченные при дегазации, обычно отбираются в специальные пробоотборники или бутылки, которые затем закупориваются и хранятся в опрокинутом виде. Необходимо выяснить, как отражается время хранения пробы газовоздушной смеси на концентрациях ее компонентов [33].

Влияние времени хранения проб предельных углеводородных газов в стеклянных пробоотборниках на их концентрации. Одинар­ ные, четырехкамерные и восьмикамерные пробоотборники заполня­ лись углеводородной газовой смесью. По истечении определенного срока хранения газовые смеси из различных пробоотборников ана­ лизировались на приборе ГСТЛ-3. Полученные результаты приве­ дены в табл. 4.

Таблица 4

Влияние времени хранения пробы газовой смеси в различных пробоотборниках на концентрации отдельных компонентов

весьма малых концентраций следует время хранения проб значительно сокра­ тить (до 3 сут).

25

Из табл. 4 видно, что метан средних концентраций (>0,5%) можно хранить в стеклянных пробоотборниках до 30 сут, а этан, пропан и бутан этих же концентраций — не более 10 сут.

Опыты показали, что для смесей малых концентраций (<(0,5%) следует время хранения ограничить для метана 10 сут, а для этана, пропана и бутана — 3 сут1. Такое большое увеличение по­ терь тяжелых углеводородов по сравнению с потерями метана, повидимому, связано с растворением тяжелых углеводородов в смазке крана.

Влияние времени хранения смесей углеводородных газов в за­ купоренных опрокинутых бутылках над водопроводной водой на концентрации отдельных компонентов. В большой бутыли (10 л)

была приготовлена смесь а, путем разбавления части этого газа были приготовлены по 10 л смесей концентраций а/10 и а/20. Газы всех этих концентраций были переведены в полулитровые

По истечении определенного срока хранения из бутылок отби­ рались пробы газа и анализировались на приборе ГСТЛ-3. Полу­ ченные результаты приведены в табл. 5 и 6.

Из данных табл. 5 и 6 видно, что концентрации углеводородных газов при их хранении над водой в закупоренных опрокинутых бутылках заметно уменьшаются. Уменьшение концентраций углево­ дородных газов зависит: 1) от срока хранения пробы; 2) от исход­ ной концентрации углеводородов; 3) от объема водяного затвора в бутылке.

Уменьшение концентрации газа в зависимости от времени хра­ нения видно из опыта по хранению смеси а при начальном объеме газа в бутылке 100 мл (затвор 450 мл). За 5 сут хранения концен­ трация метана уменьшилась на 22%, за 19 сут — на 30% и за

32 сут — на 51 %.

Влияние исходной концентрации углеводородной газовой смеси на снижение концентраций отдельных ее компонентов в процессе хранения видно из следующих данных: при хранении смеси с на­ чальным объемом 100 мл концентрация метана в смеси уменьши­ лась за 32 сут для смеси а на 51%, для смеси а/10 — на 80%, а для смеси а/20 — на 90%. Падение концентрации для смеси с началь­ ным объемом 500 мл за 32 сут хранения составляло для концен­ трации а 19%, для а/10 — 20%, для а/20 — 46%.

Влияние объема водяного затвора на концентрацию подтверж­ дается следующими данными: для смеси а/10 при объеме водяного затвора 50 мл падение концентрации метана за 32 сут составило

20%, при 300 мл — 55%, при 450 мл — 80%.

Для смеси а/20 при ее хранении в течение 32 сут падение кон­ центрации метана составило при объеме водяного затвора 50 мл

1 Допустимое время хранения газа то, за которое потери не превышают 10%.

26

27

46%, при 300 мл — 88%, при 450 мл — 90%• В процессе хранения соответственно снижались концентрации и остальных компонентов.

То, что потери углеводородных газов при их хранении над во­ дой возрастают при уменьшении концентрации исходной смеси и при увеличении объема водяного затвора, показывает, что потери газа связаны не с диффузией или другими физическими явлени­ ями, а с бактериальными процессами.

Опыты показали, что при хранении проб углеводородных газов в опрокинутых бутылках над весьма малым водяным затвором (5—6 мм) потери газа даже за 30 сут хранения очень невелики

(<Ю % ).

Нами изучалось также влияние времени хранения парообраз­ ных углеводородов на уменьшение их концентраций. Установлено, что при хранении парообразных углеводородов в стеклянных про­ боотборниках потери очень велики. Так, потери гексана за сутки превысили 70%. При хранении паров гексана в опрокинутых бу­ тылках над небольшим водяным затвором потери не превышали 10% за 5 сут хранения. Это значит, что хранить парообразные угле­ водороды следует в прокинутых бутылках над небольшим водяным затвором. Стеклянные пробоотборники для этого не пригодны.

При хранении непредельных углеводородных газов в стеклян­ ных пробоотборниках снижение концентрации за 10 сут хранения составляло для этилена 9,8%, а для пропилена и бутилена более '25%. Потери концентрации за 5 сут хранения невелики (<10% ).

Отсюда следует,, что в стеклянных пробоотборниках можно хранить этилен до 10 сут, а пропилен и бутилен не более 5 сут. В опрокинутых бутылках над небольшим водяным затвором допу­ стимое время хранения приблизительно такое же.

Потери концентрации неуглеводородных газов при их хранении в стеклянных пробоотборниках в течение 10 сут не превышали для всех исследованных газов (Н2, 0 2, N2, Ar, Не) 10%. В опрокинутых бутылках над водяным затвором потери не превышали 10% и при хранении пробы в течение 25 сут.

28

Опыты показали также, что потери углеводородных газов

уменьшаются при их хранении над подкисленным солевым за­ твором.

При хранении проб углеводородных газов над водой в тени потери меньше, чем на свету.

Из всего изложенного следует, что длительное хранение проб бурового раствора и шлама, содержащих углеводородные и неугле­ водородные газы, а также свободные углеводородные и неуглево­ дородные газы и их смеси, приводит к значительным' потерям газа

в хорошо закупоренных опрокинутых колбах или бутылках. Допустимое время хранения проб, содержащих больше 0,2 мл/л растворенных углеводородных газов, должно быть не бо­ лее 20 сут, если дегазация проводится на приборах СД-1 или ГБЭ. Для проб с малым содержанием углеводородных газов « 0 ,2 мл/л) следует допустимое время хранения сократить до 10 сут.

2. Пробы газа, извлеченного из воды, глинистого раствора, шлама и керна при различных степенях дегазации, могут хра­ ниться в стеклянных пробоотборниках с тщательно смазанными, хорошо притертыми и проверенными на герметичность кранами: метан — до 20 сут, а этан, пропан и бутан — до 10 сут. Время хра­

пробоотборниках с притертыми смазанными кранами нельзя, так как их потери даже при непродолжительном хранении очень велики.

3. При хранении проб газа в бутылках или колбах над водой необходимо, чтобы концентрация газа в пробе была максимальной, а объем водяного затвора — минимальным. При хранении проб газа в темноте потери меньше, чем на свету. Лучше всего хранить пробы газа над весьма малым водяным затвором. После отбора части газа для избежания значительного водяного затвора следует оставшийся газ перевести в бутылку или колбу меньшего объема или, если условия разрешают, разбавить оставшийся газ воздухом.

5. Время хранения проб с весьма малым содержанием угле­

водородных газов следует сократить до минимума (не более

3 сут).

29