ОСНОВЫ НЕФТЕГАЗОПРОМЫСЛОВОГО ДЕЛА
.pdf
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
стр
Введение
1.Подготовка горной породы к исследованиям: Лабораторная работа № 1.
2.Определение гранулометрического состава горных пород: Лабораторная работа № 2
3.Гранулометрический (механический) состав породы: Лабораторная работа № 3
4.Проницаемость горных пород: Лабораторная работа № 4
5.Зависимость проницаемости от пористости: Лабораторная работа № 5
6.Зависимость между объемом давлением и температурой углеводородных газов: Лабораторная работа № 6
7.Определение проницаемости пластов по данным исследования скважин на приток: Лабораторная работа № 7
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
ПОДГОТОВКА ГОРНОЙ ПОРОДЫ К ИССЛЕДОВАНИЯМ: Лабораторная работа № 1.
Образцы керна являются первичным фактическим материалом, характеризующим разрез отложений, и используются для определения относительного возраста, вещественного состава, петрографических, физических, физико-хими- ческих и других характеристик горных пород.
Планирование отбора керна осуществляется геологическими службами предприятий.
Подготовка отобранного керна начинается с его упаковки. Образцы керна могут упаковываться с герметизацией или без нее.
При отборе керна с целью определения нефтенасыщенности пород прямым методом для сохранения остаточных флюидов керн герметизируется. Наиболее простой и распространенный способ герметизации - парафинизация керна.
Описание керна производится представителями геологической службы предприятия. Необходимо придерживаться следующей последовательности: 1) название породы, 2) цвет, 3) характер пропитки образца нефтью, 4) состав, 5) текстура и структура породы, 6) наличие трещин, их направленность и характер заполнения, 7) характер органических остатков и их распределение, 8) различные включения в породу, 9) углы падения пород. При описании керна особое внимание необходимо уделять признакам породы, которые могут не сохраниться при длительном хранении и перевозке керна, например, присутствие включений, легко выпадающих из породы, влажность, запах, признаки нефтегазопасыщенности, слабые признаки слоистости, наблюдаемые иногда лишь во влажном состоянии.
Для проведения комплексного исследования керна размер образца должен быть диаметром не менее 60 мм и длиной не менее 110-120 мм.
Прежде чем приступить к исследованию физических свойств горной породы, из куска керна изготовляют отдельные образцы для всех видов исследования. Для этих целей используются сверлильный станок с алмазной коронкой и камнерезный станок с отрезными алмазными кругами.
Из центральной части куска керна высверливают два образца цилиндрической формы, ориентированные параллельно и перпендикулярно напластованию для определения проницаемости горной породы. Диаметр образцов обычно равен 30 мм, а длина не менее 25 мм. Эти же образцы в дальнейшем используются для определения остаточной водонасыщенности и коэффициента нефтевытеснения горной породы.
Исследования емкостных характеристик горной породы проводят на образцах изготовленных из центральной части куска керна правильной геометрической формы высотой не менее 25 мм. Образцы произвольной формы должны иметь массу 20 - 100 г. Оставшийся керн после изготовленья образцов для определения проницаемости и пористости применяется для других видов исследований.
Все образцы керна маркируются черной тушью или специальной краской.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Всем образцам из одного куска керна присваивается один лабораторный номер.
Для проведения большинства видов исследований необходимо иметь сухой минеральный скелет образца, лишенный каких-либо следов присутствия нефти, воды и других органических примесей.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ГОРНЫХ ПОРОД:
Лабораторная работа № 2
Под гранулометрическим составом горных пород подразумевается количественное содержание в породах частиц различной величины. Гранулометрический состав нефтесодержаших пород в основном представлен частицами размером от 0,5 до 0,05 мм в диаметре. В зависимости от размера зерен, породы разделяются на три основные группы: псаммиты, алевриты и пелиты.
Первая группа - псаммиты состоят из частиц размером 1 -0.1 мм. Вторая - алевриты, включает частицы размером 0,1 - 0,01 мм и третья - пелиты, в которую входят частицы размером от 0,01 до 0,001 мм. Для определения гранулометрического состава горных пород существует несколько методик. Наиболее распространенными являются ситовый и седиментационный методы.
Ситовый анализ применяется преимущественно для характеристики состава псаммитов, а седиментационный анализ, используют для характеристики алевритов и пелитов.
Для проведения ситового анализа обычно пользуются тканными проволочными и шелковыми ситами. Размер этих сит определяют по числу отверстий, приходящихся на один линейный дюйм. Стандартный набор включает 11 сит и тазика.
Проэкстрагированный и высушенный образец керна размельчают на составляющие его зерна три помощи агатовой ступки и пестика с резиновым наконечником.
Из приготовленного, таким образом песка берут навеску, равную 50 г. Точность определения навески составляет 0,01 г. Навеску песка высыпа-
ют в набор сит, установленных друг на друга в, порядке убывания размера отверстий.
В течение 15 минут встряхивают набор сит и добиваются полного рассеивания песчаного материала.
По окончании рассеивания содержимое каждого сита и тазика аккуратно высыпают на глянцевую бумагу, обметая каждое сито кисточкой. Путём взвешивания определяют массу каждой фракции, то есть массу песчаного материала, отложившегося на каждом сите. Точность определения массы составляет 0.1 г.
Рассчитывается процентное содержание каждой фракции, исходя из того, что навеска 50 г составляет 100%. Суммарная потеря массы при проведении анализа не должна превышать 1%.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ (МЕХАНИЧЕСКИЙ) СОСТАВ ПОРОДЫ:
Лабораторная работа № 3
Определение содержания в породе частиц различной величины в процентах по массе носит название гранулометрического (механического) анализа.
От гранулометрического состава зависят не только пористость, но и другие свойства пористой среды – проницаемость, удельная поверхность и т.д.
Механический анализ пород является начальным этапом при изучении генезиса осадочных пород (т.к. по гранулометрическому составу можно судить о геологических и палеогеографических условиях отложения пластов).
На основе механического анализа в процессе эксплуатации месторождения для оборудования забоев нефтяных скважин подбирают фильтры, предохраняющие их от поступления песка, подбирают режимы промывок песчаных пробок.
Гранулометрический состав пород определяется путем ситового и седиментационного анализов.
Ситовый анализ сыпучих горных пород применяется для определения содержаний фракций размером от 0,05 мм и выше.
Содержание частиц размером менее 0,05 мм определяют методами седиментационного анализа, которые основаны на измерении скорости осаждения частиц разного размера в жидкости по закону Стокса.
1.Результаты определения гранулометрического состава пород изображаются в виде таблиц и графиков суммарного состава и распределения зерен породы по размерам. На рис. 1. приведен график суммарного гранулометрического состава, по оси ординат которого отложена суммарная масса частиц в %, а по оси абсцисс – логарифмы диаметров частиц.
2.Отношение d60/d10 характеризует коэффициент неоднородности песка, где d60 – диаметр частиц, при котором сумма масс всех фракций, начиная от 0 и кончая этим диаметром, составляет
60%, от массы всех фракций; d10 –аналогичная величина для 10% точки кривой суммарного гранулометрического состава.
3.Коэффициент неоднородности зерен пород, слагающих нефтяные и газовые месторождения, обычно колеблются в пределах 1,1 – 20.
Рис.1. Кривая суммарного гранулометрического состава.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
ПРОНИЦАЕМОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД: Лабораторная работа № 4
Проницаемостью горных пород называют их свойство пропускать сквозь себя жидкость или газы. Абсолютно непроницаемых тел в природе нет. Располагая соответствующим перепадом давления, можно продавить жидкости и газы через все тела. Однако при существующих в нефтяных пластах перепадах давлений многие породы оказываются практически непроницаемыми для жидкостей и газов (глины, сланцы и др.). Это можно объяснить тем, что указанные породы обладают капиллярными и субкапиллярными порами, оказывающими большое сопротивление движению жидкости и даже газа.
Для характеристики проницаемости нефтесодержащих пород введены понятия:
-абсолютная проницаемость;
-эффективная проницаемость (или фазовая);
-относительная.
Абсолютной проницаемостью называется проницаемость пористой среды при движении в ней лишь одно какой-либо фазы (газа или однородной жидкости). Коэффициент абсолютной проницаемости теоретически характеризует только физические свойства породы. Установлено, что при движении жидкости в пористой среде на величину ее проницаемости оказывают влияние физикохимические свойства жидкостей. Поэтому в качестве абсолютной проницаемости принято считать проницаемость пород, определенную по газу (азоту).
Эффективной (или фазовой) проницаемостью называется проницаемость пород для данного газа или жидкости при наличии или движении только в порах многофазных систем.
Относительной проницаемостью пористой среды называется отношение эффективной проницаемости этой среды к абсолютной ее проницаемости.
Берем образец керна, извлеченного из скважины: Распиливаем керн на 4 части:
Всего делаем 4 таких куска.
1)Для исследования гранулометрического состава используем остатки
2)1-ый кусок керна – для изучения проницаемости
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
3)2-0й кусок керна – определения плотности
4)3-ий кусок керна – определение абсолютной и относительной пористости
5)4-ый кусок керна – запас (т.к. часто куски ломаются).
Установка для определения проницаемости
Схема:
Р1 давление на входе (≈ 1÷10 атм) Р1 давление на выходе
При определении проницаемости пород можно пользоваться формулой линейного закона фильтрации Дарси (скорость фильтрации жидкости в пористой среде пропорциональна перепаду давления и обратно пропорциональна вязкости)
|
Q |
|
k P |
(1) |
||
|
|
|
||||
F |
L |
|||||
|
|
|
||||
Q – объемный расход жидкости через породу за 1 сек;
- скорость линейной фильтрации; µ - динамическая вязкость жидкости; F – площадь фильтрации;
P – перепад давления на длине образца; k – коэффициент проницаемости.
Величина этого коэффициента из уравнения будет равна
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
k |
Q L |
(2) |
|
F P |
|
Тогда формула определения проницаемости пород по газу:
|
|
k |
2Q0 P0 L |
|
(3) |
|
|
|
P2 |
P2 F |
|
||
|
|
1 |
2 |
|
|
|
Единицы измерения проницаемости: в системе СИ: |
|
|||||
[L] =м |
[F] =м2 |
[Q] =м3/сек |
[P] =н/м2 |
[ ] = н сек/м2 |
||
1 н сек/м2 = 10пуаз
Физический смысл размерности k (площадь) заключается в том, что проницаемость как бы характеризует величину площади сечения каналов пористой среды, по которым в основном происходит фильтрация.
В промысловом деле для оценки проницаемости обычно пользуются практической единицей – дарси, которая в 1012 раз меньше, чем проницаемость в 1 м2.
Задача. Определить абсолютную проницаемость горных пород по газу по данным исследования керна:
D = 30 мм =0,03 м, Р0 =1 атм – абсолютное давление 105 в Па. L = 100 мм =0,1 м
P1 = 3 атм
P2 = 1 атм
Q0 = 40 дм3 /мин =40/60 10-3 м3/сек µг =0,1 Па с/м2
F = 0,785 0,032 м2 (F = D2/4 = /4 D2 =0,785 0,032 K -?
Формула для определения проницаемости пород по газу:
|
2Q |
P L |
|
2 40 |
10 3 |
0,1 0,1 105 |
|
2 0,67 10 3 |
1 10 2 |
|
k |
|
o o |
|
60 |
|
|
|
|
|
|
P12 P22 F |
0,785 0,032 |
32 12 1010 |
0,785 9 10 1 |
8 1010 |
||||||
0,0237 10 11 |
2,37 10 |
10 м2 |
|
|
|
|
|
|||
ЗАВИСИМОСТЬ ПРОНИЦАЕМОСТИ ОТ ПОРИСТОСТИ: Лабораторная работа №5
Теоретически, для хорошо отсортированного материала проницаемость не зависит от пористости.
Для реальных коллекторов в общем случае более пористые породы являются и более проницаемыми.
Зависимость проницаемости от размера пор, для фильтрации через капиллярные поры идеальной, пористой среды оценивается из соотношения уравне-
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
ний Пуайзеля и Дарси. В этом случае пористая среда представляется в виде системы прямых трубок одинакового сечения длинно L, равной длине пористой среды.
Уравнение Пуайзеля описывает объемную скорость течения жидкости через такую пористую среду:
Q n r 4 F P |
(5.1) |
8 L
где r – радиус порового канала L – длина порового канала
n – число пор, приходящихся на единицу площади фильтрации F – площадь фильтрации
- вязкость жидкости
P – перепад давлений.
Коэффициент пористости среды, через которую проходит фильтрация:
m |
Vпор |
|
nF r |
2 L |
n r |
2 |
(5.2) |
V0 |
FL |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Следовательно уравнение (5.1) можно переписать:
Q F mr 2 P |
|
(5.3) |
|
8 L |
|
|
|
И сравнить с уравнением Дарси: |
|
|
|
Q Fk |
P |
(5.4) |
|
L |
|||
|
|
k – коэффициент проницаемости.
Приравняв правые части уравнений (5.3) и (5.4) получим выражение для
взаимосвязи пористости, проницаемости и радиуса порового канала: |
|
||
kпр |
mr 2 |
|
(5.5) |
|
|||
8 |
|
|
|
Из него следует, что размер порового канала можно оценить:
r |
8kпр |
(5.6) |
|
m |
|||
|
|
Если выразить проницаемость в мкм2, то радиус поровых каналов (в мкм) будет рассчитываться:
r 2,86 |
|
kпр |
|
(5.7) |
|
m |
|||||
|
|
|
|
Уравнения 5 – 7 характеризуют взаимосвязь между пористостью, проницаемостью и радиусом порового канала. Эти соотношения справедливы только для идеальной пористой среды, например, кварцевого песка.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Для реальных коллекторов оценка радиуса порового канала производится с учетом структурных особенностей пород. Обобщенным выражением для этих целей является эмпирическое уравнение Ф.И. Котякова:
r |
2 |
|
|
kпр |
|
(5.8) |
7 105 |
|
|
m |
где r – радиус пор
- структурный коэффициент, учитывающий извилистость порового пространства.
|
0,5035 |
(5.9) |
m1,1 |
Для оценки взаимосвязи коэффициента проницаемости от радиуса порового канала (при фильтрации жидкости только через каналы, капилляры) используются соотношения уравнений:
Q n r 4 P |
и Q Fk |
P |
8 L |
|
L |
Причем пористая среда представляет собой систему трубок. Общая площадь пор через которые происходит фильтрация равна:
F= r2, откуда =F/r2
Подставив эту величину в уравнение Пуайзеля и сократив одинаковые параметры получим:
kпр=r2/8 |
(5.10) |
Если r измеряется в (см), а коэффициент проницаемости в (Д) (1Д=10-8 см), то вводится соответствующий коэффициент пересчета 1Д= 9,869 10-9. Тогда коэффициент проницаемости при фильтрации жидкости через капилляр оценивается:
kпр |
r 2 |
|
|
12,5 106 r 2 |
(5.11) |
8 9,869 |
10 |
9 |
|||
|
|
|
|
Оценка взаимосвязи коэффициента проницаемости от высоты поровой трещины (для фильтрации жидкости только через трещиноватые поры) оценивается из соотношения уравнений Букингема и Дарси.
Потери давления при течении жидкости через щель очень малой высоты оценивают уравнением Букингема:
P |
12 VL |
(5.12) |
|
h2 |
где h – высота трещины
V – линейная скорость фильтрации. Подставив это выражение в (4) получим:
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
kпр |
h2 |
(5.13) |
|
12 |
|
r измеряется в (см) ), а коэффициент проницаемости в (Д) (1Д=10-8 см), то вводится соответствующий коэффициент пересчета 1Д= 9,869 10-9.
Тогда коэффициент проницаемости при фильтрации жидкости через трещину:
kпр |
h2 |
|
|
84,4 105 h2 |
(5.14) |
12 9,869 |
10 |
9 |
|||
|
|
|
|
Уравнения 11 и 14 используются для теоретической оценки коэффициентов проницаемости для конкретного вида пор.
На практике проницаемость породы определяют в лабораторных условиях по керновому материалу.