Материалы п р фп. Материалы Л Р ФП. Методические указания к лабораторным работам для студентов направления 21. 03. 01
 Скачать 0.76 Mb.
|
Лабораторная работа № 8. Определение коэффициента абсолютной проницаемости породЦель работы: определение коэффициента абсолютной проницаемости пород Основные теоретические сведения : Проницаемость - это способность горных пород пропускать через себя жидкости и газы. Согласно закону Дарси существует однозначная линейная взаимосвязь между скоростью фильтрации флюида и градиентом пластового давления. Коэффициент пропорциональности в этой взаимосвязи и является характеристикой проницаемости пласта. Проницаемость - структурно-чувствительное свойство пласта, поэтому проницаемость зависит от структуры порового пространства - эффективного размера пор, связанности поровой структуры, соотношения открытых и закрытых пор и т.д. Экспериментальные исследования, базирующиеся на обобщенном законе Дарси, показали, что проницаемость зависит от особенностей физического и физико-химического взаимодействия системы минеральный скелет пласта – фильтрующийся флюид, от степени насыщения пласта фильтрующимися флюидами, от характера смачиваемости пласта, градиента давлений и от других факторов. В соответствии с имеющимися экспериментальными данными проницаемость пласта дифференцируется на абсолютную и фазовую проницаемость, на фазовую проницаемость при неполном насыщении пласта фильтрующейся фазой и на относительную фазовую проницаемость, которая определяется как отношение фазовой проницаемости при неполном насыщении к абсолютной проницаемости. Абсолютная проницаемость является физическим свойством. Абсолютная проницаемость зависит от микростроения пласта – структуры порового пространства, гранулометрического состава, удельной поверхности. Под абсолютной принято понимать проницаемость пористой среды, которая определена при наличии в ней лишь одной какой-либо фазы, полностью насыщающей пласт, химически и физически инертной по отношению к скелету пласта. Важно отметить, что абсолютная проницаемость – свойство только скелета пласта. Поэтому абсолютная проницаемость не зависит от свойств фильтрующейся жидкости или газа и перепада давления, если нет взаимодействия флюидов с породой. На практике жидкости часто активно взаимодействуют с породой (глинистые частицы разбухают в воде, смолы, содержащиеся в нефти, забивают поры). Поэтому для оценки абсолютной проницаемости обычно используется воздух или инертный газ. Для определения абсолютной проницаемости горных пород существуют разнообразные приборы (установки). Однако принципиальные схемы их устройства одинаковы – все они состоят из одних и тех же основных элементов: • кернодержателя с вмонтированным в него керном, позволяющего фильтровать флюид (жидкость или газ) через пористую среду; • устройства для измерения давления на входе и выходе из керна (манометров); • расходомеров; • приспособлений, позволяющих создавать и поддерживать постоянный расход жидкости или газа через образец породы. Приборы (установки) различаются лишь тем, что одни из них предназначены для измерения проницаемости при больших давлениях (моделирование пластовых условий), другие – при малых давлениях, а третьи – при вакуумировании. Одни приборы используются для определения проницаемости по воздуху (газу), другие по жидкости. Поэтому отдельные их узлы имеют соответственно различное конструктивное оформление. При измерении абсолютной проницаемости пород по воздуху (газу) в формулу Дарси:  (17)где k – проницаемость породы, м2; Q – объемный расход в единицу времени, м3/с; η – динамическая вязкость, Па·с; F – площадь фильтрации, м2; ΔР – перепад давления, Па; L – длина пористой среды, м. Следует подставить средний расход воздуха в условиях образца  , (18)где  - объёмный расход воздуха, приведённый к среднему давлению в керне.Необходимость использования среднего расхода газа в этом случае объясняется непостоянством его объёмного расхода при уменьшении давления по длине керна. Объём воздуха, прошедший через керн, измеряется расходомером при атмосферном давлении на выходе из него и комнатной температуре. Так как перепадом давления на расходомере можно пренебречь из-за его малости по сравнению с давлением на входе в керн, можно считать, что на выходе из образца мы имеем атмосферное давление, величину которого можно определить по барометру. Распределение давления по длине керна, вообще говоря, нелинейно, однако из-за малых размеров керна и при малом перепаде давления на керне этой нелинейностью можно пренебречь. Поэтому среднее давление по длине керна:  , (19)где Pабс - давление (абсолютное) на входе в керн; Pатм – атмосферное давление. Так как манометр показывает избыточное давление над атмосферным на входе в керн, то  , (20)где Pман – показания манометра. Тогда  (21)Для приведения объёма газа Vг, замеренного расходомером при атмосферном давлении Pатм, к среднему давлению в керне  P воспользуемся законом Бойля - Мариотта: , (22)Откуда  , (23)Так как  , (24)где t – время, в течение которого через керн прошёл объём воздуха  по расходомеру.Окончательная формула для определения коэффициента проницаемости горной породы по воздуху при малых давлениях будет следующей:  , (25)В окончательном выражении для вычисления коэффициента абсолютной проницаемости учтено, что перепад давления на керне равен манометрическому давлению на входе в керн при сделанных допущениях. Используемое оборудование и материалы: На рисунке 7 изображена схема установки для определения абсолютной проницаемости горных пород по воздуху. Установка состоит из редуктора 2, присоединённого к системе сжатого воздуха 1 (до 0,15 МПа). От редуктора, позволяющего регулировать давление, воздушная линия идёт на вход кернодержателя 4 с размещённым в нём керном 5. На входе в кернодержатель установлен образцовый манометр 3, показывающий давление. На выходе из кернодержателя установлен расходомер воздуха 6 для измерения объёма газа, прошедшего через керн, который в дальнейшем поступает в атмосферу.  Рис. 7 – Схема установки для определения абсолютной проницаемости горных пород по воздуху Кернодержатель – капсула, в которую будет помещаться исследуемый образец керна – разборный. Кернодержатель состоит из корпуса, на который навинчиваются крышки герметизирующими уплотнениями. В крышке имеется контрольное отверстие. Образец породы (керн) цилиндрической формы устанавливается внутрь корпуса с использованием герметизирующих уплотнений с обоих торцов керна. Порядок выполнения лабораторной работы: 1. Замеряются геометрические размеры образцов и вычисляется площадь поперечного сечения; 2. Собирается установка согласно схеме (рисунок 7) с помещением образца керна в кернодержатель; 3. Редуктор устанавливается на искомое давление 0,1 МПа и измеряется объём воздуха, прошедшего через образец керна, расходомером. Для лучшей воспроизводимости результатов необходимо замерять расход газа при каждом режиме не менее 3–5 минут. 4. Все измеренные величины приводятся к единой системе единиц СИ и заносятся в таблицу 7 Таблица7
Форма записи результатов лабораторной работы по определению коэффициента абсолютной проницаемости пород Вопросы для самопроверки и защиты лабораторной работы: 1. Перечислите основные элементы приборов (установок) для определения абсолютной проницаемости горных пород. 2. Укажите различия (по предназначению) в конструкциях приборов и установок для определения абсолютной проницаемости горных пород. 3. Перечислите составные элементы установки для определения абсолютной проницаемости горных пород данной лабораторной работы. 4. Опишите принцип действия данной установки. 5. Назовите категории проницаемости горных пород и дайте их формулировки. 6. Запишите формулу Дарси для определения абсолютной проницаемости горных пород по воздуху (газу). 7. Объясните, для чего в формулу Дарси вводится объёмный расход воздуха (газа), приведённый к среднему давлению в керне. 8. Запишите окончательную формулу для определения коэффициента абсолютной проницаемости горной породы по результатам проведения данной лабораторной работы |