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

Из табл. 21 видно, что для полного извлечения растворенных газов из глинистого раствора, не содержащего нефти, на приборе ГБЭ требуется провести всего лишь три дегазации, а при наличии нефти значительные количества горючих остаются даже после 20-й дегазации. Отсюда также следует, что по содержанию жид­ ких углеводородов в извлеченном газе нельзя судить о их содер­ жании в дегазируемой пробе.

Таблица 21

Влияние добавок нефти на скорость извлечения углеводородных газов при многократной дегазации глинистого раствора на приборе ГБЭ

Количество углеводородных газов, извлеченных

Следовательно, для сравнения степеней дегазации воды и гли­ нистого раствора, достигаемых с помощью различных дегазаторов, необходимо, чтобы глинистый раствор не содержал нефти.

Способы определения степени извлечения, достигаемой при дегазации воды, глинистого раствора, шлама и керна на различных дегазаторах

Степень извлечения, достигаемая на различных приборах при дегазации воды, глинистого раствора, шлама и керна, может быть определена следующими тремя способами:

60

Глава III

ЛАБОРАТОРНЫЕ ДЕГАЗАТОРЫ

При использовании лабораторных дегазаторов пробы бурового раствора, шлама и керна отбираются на скважине и доставляются в лабораторию или на газокаротажную станцию, где они дегази­ руются, а извлеченные газы подвергаются компонентному анализу.

Лабораторные дегазаторы стали применяться при геохимиче­ ских исследованиях значительно раньше желобных. Желобные де­ газаторы непрерывного действия начали использовать в газовом каротаже после внедрения газоанализаторов непрерывного дейст­ вия для суммарного определения углеводородных газов.

Для дегазации керна и шлама используются только лаборатор­ ные дегазаторы. При помощи лучших лабораторных дегазаторов удается извлечь практически весь газ, содержащийся в дегазиру­ емой пробе воды или глинистого раствора. После появления в га­ зовом каротаже желобных дегазаторов лабораторные дегазаторы для извлечения газа из бурового раствора часть своих функций утратили. Однако лучшие из них в настоящее время'применяются: 1) для более точного определения компонентного состава газа в разбуриваемых породах; 2 ) для определения газонасыщенности бурового раствора; 3) для определения низких концентраций угле­ водородных газов в буровом растворе, которые при непрерывной дегазации не определяются (следует отметить, что в связи с посте­ пенным внедрением в газовом каротаже высокочувствительных га­ зоанализаторов роль лабораторных дегазаторов для определения низких концентраций заметно снижается); 4) для калибровки де­ газаторов непрерывного действия.

Кроме перечисленных случаев, лабораторные дегазаторы при­ меняются для проведения газового каротажа на скважинах с весьма малыми скоростями бурения и на скважинах, трудно­ доступных для газокаротажных станций.

Для дегазации воды и глинистого раствора, шлама и керна при геохимических исследованиях применяются различные типы дега­

62

К механическим дегазаторам относятся дегазатор-ступка [43] и дегазатор «Вакуумная мельница» [14]; к химическим — установка для химической дегазации бурового раствора [62], установка для химической дегазации керна и шлама [56] и установка для вымы­ вания газа из пробы углекислым газом с последующим поглоще­ нием углекислого газа щелочью [60]; к термическим — дегазатор конструкции Субботы [59], термический дегазатор «Т» [43], дегаза­ тор «Паровой котел» [70] и автоматический термический дёгазатор [68]; к вакуумным— дегазатор Савченко [14] и прибор ГКУ [20]; к термовакуумным — приборы ТВД-5М, ГБЭ [50], ГД [43], дегазатор ПГЛ-2 [46], дегазатор «Вакуумный кипятильник» [69] и ПДП [52].

МЕХАНИЧЕСКИЕ ДЕГАЗАТОРЫ

Механические лабораторные дегазаторы применяются в основ­ ном для извлечения газа из горных пород. Они используются для извлечения газа, оставшегося в породе после вакуумной, термова-

Рис. 11. Дегазатор-ступка.

/ — бачок; 2 — пестик; 3 — гофрирован­

Рис. 12. Дегазатор «Вакуумная мельница».

куумной или термической дегазации, а также для первичной дегазации крепких пород [14].

Дегазатор-ступка (рис. 11) состоит из бачка 1 с крышкой, в центре которой имеется отверстие для пестика 2. Пестик соеди­ няется с крышкой бачка при помощи гофрированной трубки 3. За­ груженная в бачок порода подвергается измельчению при помощи пестика. В процессе дробления и вскрытия пор из породы выделя­ ется газ, он извлекается из дегазатора через отвод 4 при помощи

63

вакуума. Для лучшего извлечения газа бачок с породой предвари­ тельно нагревается. Основные недостатки прибора — затраты боль­ шого физического труда, большая продолжительность разрушения, твердых пород и большой объем вредного пространства, заполнен­

ного воздухом.

Дегазатор «Вакуумная мельница» (рис. 12) состоит из станины, на которой крепится вращающаяся камера 1. В камеру загружа­ ются исследуемая порода и стальные шары для ее дробления. Ка­ мера герметично закрывается. Включается мотор, который приво­ дит камеру в быстрое вращение. При вращении шары разбивают породу и истирают ее в порошок [14]. Процесс измельчения длится 3—4 ч, после чего под вакуумом собирается выделившийся из по­ роды газ. Основным недостатком шарового дегазатора является длительность дегазации и образование в процессе ее _ряда горю­ чих продуктов, нередко искажающих результаты анализа. Механи­ ческое измельчение породы после вакуумной или термовакуумной дегазации приводит к извлечению газа из закрытых пор породы, который в ряде случаев большого значения не имеет.

Механические методы извлечения газа из воды и бурового раст­ вора в лабораторных дегазаторах почти не используются. Правда, в дегазаторе «Вакуумный кипятильник» для механического пере­ мешивания бурового раствора в процессе дегазации используется магнитная мешалка, однако этот дегазатор термовакуумный, и мешалка в нем играетподсобную роль. Но эти методы широко используются в желобных дегазаторах. Механическое разбивание и разбрызгивание бурового раствора проводится в дегазаторах ДВР и «Центробежный насос», а в сочетании с вымыванием — в аэрационном дегазаторе.

ХИМИЧЕСКИЕ ДЕГАЗАТОРЫ

Химические способы дегазации используются для извлечения газов из горных пород. Установка для химической дегазации керна и шлама показана на рис. 13.

Пробу после извлечения из нее части газа путем откачки поме­ щают в колбу 5. Промывают колбу и ее соединения углекислым газом, получаемым при помощи аппарата Киппа 1. После про­ мывки колбы углекислым газом в нее впускают из бюретки 2 пор­ цию соляной кислоты. Соляная кислота, взамодействуя с карбонат­ ной породой, разрушает ее с выделением углекислого газа:

СаСОз + 2НС1 -*■ СаС12 + Н20 + С 02.

Углекислый газ вместе с газом, освободившимся при разруше­ нии породы, проходит через ловушку с щелочью 4, где углекислый газ поглощается: 2К0Н + С 02— К2С03+ Н 20, а извлеченный из породы газ отбирается затем для компонентного анализа. Для ускорения процесса дегазации включением электрической плит­ ки 6 нагревают колбу с породой и кислотой.

64

Основным достоинством химических способов дегазации явля­ ется высокая степень извлечения газа как из открытых, так и из закрытых пор пород, разрушаемых кислотой. К недостаткам хими­ ческих методов дегазации относятся зависимость степени извлече­ ния газа от содержания карбонатов в породе, боль­ шая продолжительность де­ газации и необходимость за­ трат кислоты и щелочи для нее. Химические методы де­ газации шлама и керна имеют ограниченное приме­ нение.

Для преодоления зависи­ мости степени извлечения газа от содержания карбо­ натов в породе некоторые авторы рекомендуют вместо соляной кислоты применять плавиковую [62], разрушаю­

щую почти все породы, кроме углистых. Следует отметить, что ра­ бота с плавиковой кислотой связана с многими неудобствами и опасностью отравления парами фтористого водорода, и поэтому она совершенно неприемлема.

Химические методы дегазации бурового раствора рекоменду­ ются некоторыми авторами [62] для повышения степени извлечения газов из дегазируемой пробы путем постоянного удаления извлекае­ мых газов потоком газа, образующегося в результате химической реакции. Как это показано ниже, в постоянном удалении извлечен­ ного газа при дегазации пробы нет необходимости, так как при этом мало что достигается.

К химическим дегазаторам близки установки, где извле­ чение газа из дегазируемой пробы проводится путем его вымыва­ ния углекислым газом с последующим поглощением углекислого

газа щелочью.

Дегазатор для вымывания углекислым газом (рис. 14) основан на вымывании газа, содержащегося в воде, буровом растворе, шламе и керне, при помощи углекислого газа и последующего по­ глощения углекислого газа щелочью.

Авторы метода [60] считают, что при термической и термоваку­ умной дегазациях проб воды, глинистого раствора, шлама и керна происходит заметное разложение органических веществ пробы с образованием окиси углерода и других газов, искажающих ре­ зультаты анализа извлеченных газов, в то время как при холодной дегазации эти газы не образуются.

Проведенные нами многочисленные опыты [43] показали, что при дегазации проб воды и бурового раствора, а также при водной дегазации керна и шлама с добавками и без добавок нефти при 70 и 100° образования окиси углерода не происходит, и извлечен­ ная газовая смесь свободна от примесей. Это значит, что возраже­ ния против термической и термовакуумной дегазаций, протекающих при температурах ниже 100°, не обоснованы. Правда, некоторые исследователи при использовании весьма чувствительных газо­ анализаторов обнаружили следы продуктов химического превраще­ ния углеводородов при 100°, поэтому для некоторых тонких газо­ геохимических исследований полезно ограничиться термовакуумной дегазацией, температура которой значительно ниже.

Недостатками рассматриваемого метода являются также дли­ тельность процесса дегазации, потребность в значительных количе­ ствах чистого углекислого газа и в значительном расходе чистой щелочи. Этот метод не может быть рекомендован к широкому при­ менению для дегазации воды, глинистого раствора, шлама и керна в лабораторных условиях при геохимических исследованиях.

Среди желобных дегазаторов в «Контурном дегазаторе» вымывание газа из циркулирующего бурового раствора про­ водится путем непрерывного барботирования извлеченной газо­ вой смеси через буровой раствор. Вымывание в сочетании с меха­ ническим перемешиванием применяется в желобном аэрационном дегазаторе.

ТЕРМИЧЕСКИЕ ДЕГАЗАТОРЫ

Дегазатор Субботы (рис. 15) применяется для дегазации воды, глинистого раствора шлама и керна. Он состоит из двух частей: бачка 1 емкостью З л и холодильника 2 емкостью 30 л, которые соединяются при помощи каучуковой трубки. Бачок служит для хранения, перевозки и дегазации пробы. После отбора проб воды и глинистого раствора, а также после загрузки шлама и керна и

66

заполнения бачка водой на него надевается крышка. В крышке имеется отверстие с напаянной латунной трубкой, на которую наде­ вается каучуковая трубка, закрываемая заглушкой.

Перед дегазацией из каучуковой трубки вынимают заглушку, бачок присоединяют к холодильнику и включают нагревательный прибор 4. Для собирания извлеченного газа на верхний конец змеевика холодильника надевают опрокинутую бутылку 3 с кипяче­

углерода даже при термической дегазации пробы в стеклянной колбе. Следует учесть, что при анализе извлеченных газов на хроматермографах ГСТЛ-3 и ХТ-2М при существующей методике ана­ лиза водород и окись углерода выделяются вместе с метаном и этим искажают результаты его определения, а следовательно, и результаты всего анализа.

При использовании газоанализатора с пламенно-ионизационным детектором, который не чувствителен ни к водороду, ни к окиси углерода, их присутствие в анализируемой смеси не отразится на результате анализа.

Дегазатор «Т». Для дегазации проб воды, глинистого раствора, шлама и керна нами собран портативный термический дегаза­

тор «Т» (рис. 16).

Колба с дегазируемой пробой 1 присоединяется к дегазатору и ставится для нагрева на электрическую плитку. Когда вода в колбе закипит, выделяющийся газ подымается по направляющей трубке 4

в газоприемную бюретку 3, вытесняя из нее часть солевого ра­ створа в уравнительную склянку 6. Бюретка 3 окружена водяной рубашкой, заполненной водой. В этом приборе жидкость не при­ ходит в соприкосновение с металлическими деталями дегазатора, вследствие чего образование водорода за счет коррозии исключено.

По окончании дегазации нагрев выключается, уравнительная склянка подымается выше крана 5, и извлеченный газ переводится в пробоотборник или отбирается шприцем для хроматографиче­ ского анализа.

68

Описанный прибор отличается своей портативностью и удоб­ ством отбора проб для компонентного анализа.

Автоматическое устройство для дегазации проб бурового ра­ створа в газовом каротаже [68] обеспечивает автоматическую дега­ зацию проб бурового раствора и анализа извлеченного газа.

Устройство (рис. 17) состоит из: а) вращающегося столика 1 с отверстиями для восьми пробоотборников 2 с буровым раствором, объемом 10 мл каждый; б) приспособления 3 для перевода пробы при помощи поршня из пробоотборника 2 в дегазационную

камеру 4, где при температуре 180° происходит дегазация пробы; в) газосборной камеры 5, куда поступают выделившиеся при дега­ зации пары воды и извлеченные газы, и где пары воды конденсиру­ ются, а извлеченные газы смешиваются с воздухом и образуют газовоздушную смесь; г) хроматографа с самописцем 6, где газо­ воздушная смесь подвергается компонентному анализу, а резуль­ таты анализа записываются на ленте самописца.

Предлагаемое весьма сложное устройство не дает по сравне­ нию с применяемыми в настоящее время очень простыми лабора­ торными дегазаторами выигрыша ни во времени, ни в качестве дегазации. К основным недостаткам прибора относится высокая температура дегазации, которая ведет к образованию побочных продуктов при дегазации (СО, Нг и др.), часто искажающих ре­ зультаты анализа. Этот прибор для газового каротажа мало­ пригоден.

Дегазатор «Паровой котел». В США для глубокой дегазации воды и глинистого раствора применяется дегазатор (рис. 18) под названием «Паровой котел» [70].

69