ФИЗИКА ПЛАСТА. Первое высшее техническое учебное заведение россии санктпетербургский горный университет
 Скачать 0.69 Mb.
|
|
Форма записи результатов лабораторной работы по экстрагированию образцов породы Наименование величины Обозначение Результат Масса образца до экстрагирования m 1 Масса образца после экстрагирования m 2 Масса жидкости m ж Удельное содержание жидкости в образце S уд vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 14 Обработка полученных результатов: а) масса жидкости (нефти и воды), находившейся в керне до экстрагирования: 2 1 m m m ж − = , (2.1) б) Удельное содержание жидкости в образце: 1 m m S ж уд = , (2.2) Вопросы для самопроверки и защиты лабораторной работы: 1. Какова цель экстрагирования кернов? 2. В каком виде керн загружается в аппарат Сокслета? 3. Какие жидкости используют в качестве рабочих в аппаратах Сокслета? 4. Какова технология процесса экстрагирования? 5. Каковы требования техники безопасного ведения работ? ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ № 3.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ПОРОДЫ МЕТОДОМ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ВЗВЕШИВАНИЯ Цель лабораторной работы: Определение плотности породы методом гидростатического взвешивания. Основные теоретические положения: Плотность скелета горной породы (кажущаяся плотность) - это физическая величина, количественно равная массе единицы объема сухой породы вместе с порами: V m = ρ , (3.1) Плотность пород определяют для выяснения характера связей плотности с другими петрофизическими величинами. В лабораторных vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 15 условиях обычно определяют плотность абсолютно сухого образца породы, т.к. трудно сохранить характерные для естественного залегания пород влажность, минерализацию и водогазонасыщенность. Массу породы можно определить непосредственным взвешиванием на аналитических весах, а для определения внешнего объема образца горной породы применяется несколько методов: вытеснения ртути, обмера образцов строго правильной геометрической формы, гидростатического взвешивания насыщенного жидкостью образца в этой жидкости и в воздухе и др. Наибольшее распространение получил метод гидростатического взвешивания сухого проэкстрагированного образца породы, покрытого тонким слоем парафина (или коллодия), в жидкости (дистиллированной воде) и в воздухе. Отбор образцов горных пород осуществляется по ГОСТ 26450.0-85, представительность отбора керна из интервалов однородных пород должна составлять не менее 2 образцов на 1 метр и возрастать в зависимости от степени их неоднородности. Для измерения могут быть использованы образцы правильной или произвольной, окатанной формы, не имеющие видимых трещин, каверн, не свойственных породе. Образцы нефтенасыщенных коллекторов нужно проэкстрагировать и высушить при температуре 105°С до постоянной массы, поместить в эксикатор, заполненный хлористым кальцием, где оставить до начала измерений. Используемое оборудование и материалы: Весы аналитические; металлический мостик – приспособление для взвешивания предмета, погруженного в воду; электрический подогреватель; мерная емкость; парафин; дистиллированная вода. Порядок выполнения лабораторной работы: 1. Образец взвешивается на аналитических весах (P 1 ); 2. Парафин разогревается до расплавленного состояния; 3. Образец окунается в разогретый парафин; vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 16 4. Образец взвешивается (P 2 ) и рассчитывается объем парафина по формуле: пар пар P P V ρ − = 1 2 , (3.2) где P 1 – масса чистого сухого образца, г; P 2 – масса запарафинированного образца в воздухе, г; ρ пар – плотность парафина, г/см 3 На практике плотность парафина определяют предварительно, производя гидростатическое взвешивание эталонного образца парафина в воде и в воздухе с точностью до 0,01 г. 5. В стакан наливается дистиллированная вода (примерно 2/3 объема); 6. Стакан устанавливается на мостик весов и образец взвешивается при погружении в воду (P 3 ). На практике при взвешивании необходимо следить за тем, чтобы образец не прикасался к стенкам стакана и все время полностью находился под водой. Объем парафинированного образца будет равен: в обр пар P P V ρ − = 3 2 , (3.3) где P 2 – масса запарафинированного образца в воздухе, г; P 3 – масса запарафинированного образца в воде, г; ρ пар – плотность воды, г/см 3 Находится объем образца: пар обр пар обр V V V − = , (3.4) Плотность скелета горной породы по известной массе и объему образца рассчитывают по формуле: пар обр пар обр V V P V P − = = ρ 1 1 , (3.5) 7. Рассчитывается погрешность измерений. Способ парафинирования при тщательном выполнении дает хорошие результаты. 1. Погрешность взвешивания 001 , 0 / − + = ∆P г, т.е.: vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 17 % 4 , 0 % 100 8 , 1 007 , 0 = ⋅ = ∆ = ∆ ср отн P P P , (3.6) 2. На точности определений может отразиться проникновение парафина в поры. Для устранения этой погрешности парафинирование должно производиться быстро и при t ≤ 70°С. 3. Наибольшая относительная погрешность в определении плотности возрастает с уменьшением массы и увеличением плотности образца сухой породы. 8. Результаты измерения заносятся в таблицу 3.1 Таблица 3.1 Форма записи результатов лабораторной работы по определению плотности породы методом гидростатического взвешивания Наименование величины Обозначение Результат Масса чистого сухого образца, г P 1 Масса запарафинированного образца в воздухе, г P 2 Масса запарафинированного образца в воде, г P 3 Объем образца, см 3 V обр Плотность образца, г/см 3 ρ обр Вопросы для самопроверки и защиты лабораторной работы: 1. Как нужно отбирать и подготавливать образцы для определения плотности? 2. Перечислите необходимые приборы и материалы. 3. Порядок выполнения работы. ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ № 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ОТКРЫТОЙ ПОРИСТОСТИ ОБРАЗЦОВ КЕРНА МЕТОДОМ НАСЫЩЕНИЯ ИХ ПРИ ВАКУУМИРОВАНИИ Цель лабораторной работы: Определение коэффициента открытой пористости образцов керна методом насыщения их при вакуумировании. vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 18 Основные теоретические положения: На рисунке 4.1 изображена схема установки для проведения данной лабораторной работы. Рисунок 4.1 – Схема установки для определения пористости образцов горных пород методом насыщения при вакуумировании: 1 – мерная колба; 2 - кран; 3 – герметизирующий винт; 4– кернодержатель; 5 – верхняя крышка кернодержателя; 6 – метка; 7 – кран; 8 – вакуумный манометр; 9 – компрессор; 10 – вакуумная колба. Установка (рисунок 4.1) состоит из мерной колбы 1, заполняемой жидкостью, имитирующей по реологическим свойствам нефть в пластовых условиях (далее – «нефть»). В качестве такой жидкости может быть использовано моторное или трансформаторное масло. Колба 1 через кран 2 присоединяется подводящей трубкой к нижней крышке кернодержателя 4. Нижняя крышка кернодержателя имеет герметизирующий винт 3. К верхней крышке 5 кернодержателя присоединена прозрачная отводная трубка, в месте соединения которой с кернодержателем ставится метка 6. Отводная трубка через кран 7 устанавливается в вакуумную колбу 10, заполненную на 1/5 ÷ 1/4 части водой. Нижний конец отводной трубки помещается под уровень воды. Воздух из колбы 10 удаляется вакуумным компрессором 9, а разрежение в колбе регистрируется вакуумным манометром 8. Кернодержатель – капсула, в которую будет помещаться исследуемый образец керна – разборный. vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 19 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. Используемое оборудование и материалы: Образцы керна одинакового размера (L= 5 см и d=3 см); штатив для установки (металлические трубки, соединенные между собой); компрессор; центрифуга; сушильный шкаф. Порядок выполнения лабораторной работы: 1. Установка монтируется в соответствии схемой 4.1. Перед проведением лабораторной работы замеряется объём (V 1 ) свободного пространства крышки 5 до метки 6 (рисунок 4.1) на прозрачной отводной линии от кернодержателя 4 до крана 7. Замер этого объёма осуществляется заполнением его отмеряемым количеством жидкости. В кернодержателе помещён пронумерованный образец породы. Краны 2 и 7 закрыты. В мерную колбу 1 заливается «нефть». Вывинчивается герметизирующий винт 3, затем открывается кран 2. После появления из-под винта 3 «нефти» этот винт вворачивается в крышку 5 до упора. По делениям мерной шкалы на колбе 1 отмечается количество «нефти», находящейся в ней. Включают компрессор 9, и в колбе 10 создают разрежение 0,01 – 0,012 МПа, что регистрируется манометром 8. Затем выжидают 1–2 минуты, убеждаясь в герметичности установки. Затем кран 7 плавно открывают и по появляющимся, – у нижнего торца отводной трубки, опущенной в воду, – пузырькам воздуха убеждаются в нормальной работе установки. При необходимости компрессор 9 периодически откачивает воздух из колбы 10, поддерживая запланированное разрежение. Опыт продолжают до тех пор, пока «нефть», пройдя через образец породы, не достигнет отметки 6. После этого краны 7 и 2 закрывают, vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 20 а по делениям мерной шкалы на колбе 1 замеряют объём «нефти» (V 2 ), прошедшей через образец породы, находящийся в кернодержателе 4. Количество «нефти», вошедшей в поры образца породы, вычисляется как разность объёмов: 1 2 V V V нефт − = , (4.1) где V 1 – объём свободного пространства крышки; V 2 – объем нефти прошедшей через кернодержатель. Открытая пористость образца: L F V V V m нефт обр нефт откр ⋅ = = , (4.2) где F– площадь поперечного сечения образца; L – длина образца. Результаты замеров и вычислений по формулам (4.1) и (4.2) заносятся в таблицу 4.1. В столбец 5 внесены значения проницаемости для возможности построения графической зависимости проницаемости пород от пористости. Таблица 4.1 Форма записи результатов лабораторной работы по определению коэффициента открытой пористости № образца O бъем нефти прошедшей через кернодержатель, V 2 , см 3 Количество «нефти», вошедшей в поры образца породы V нефт , см 3 Открытая пористость образца, m откр , д.ед. Проницаемость образца породы, К пр ,*10 -15 м 2 1 162 2 300 3 552 4 1371 5 1542 6 1752 7 1852 8 2051 Примечание: различия в замерах и находятся в пределах от 2,1% до 4,5%. По данным таблицы 4.1 строится графическая зависимость проницаемости пород от их пористости. Вопросы для самопроверки и защиты лабораторной работы: vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 21 1. Перечислите основные элементы установки для определения пористости образцов горных пород методом насыщения при вакуумировании. 2. Опишите порядок выполнения лабораторной работы. 3. Запишите формулу для определения открытой пористости образца горной породы по результатам данной лабораторной работы. 4. Перечислите другие методы определения пористости горных пород. 5. Назовите категории пористости горных пород и дайте их формулировки. 6. Объясните причины, из-за которых в данной лабораторной установке используется не реальная дегазированная нефть, а жидкость её имитирующая. ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ № 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСТАТОЧНОЙ ВОДОНАСЫЩЕННОСТИ МЕТОДОМ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ Цель лабораторной работы: Определение остаточной водонасыщенности образцов керна методом центрифугирования. Основные теоретические положения: В продуктивных пластах нефтяной и газовой частей залежи содержится вода. Эту воду, оставшуюся со времени образования залежи, называют остаточной. Состояние остаточной воды и начальное распределение нефти, воды, газа определяется: – структурой порового пространства; – составом пород; – физико-химическими свойствами пород; – физико-химическими свойствами жидкостей и газов; – количеством и составом остаточных вод и др. vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 22 Вытеснению воды из породы препятствуют капиллярные силы. Вначале с увеличением частоты вращения ротора центрифуги жидкость вытесняется из крупных пор, когда перепад давления на торцах образца превысит капиллярное давление в менисках. При дальнейшем увеличении частоты вращения ротора жидкость вытесняется и из пор меньшего размера. С некоторого момента повышение частоты вращения ротора центрифуги перестает влиять на количество остающихся в порах воды. Исследуемый образец породы предварительно очищают от нефти (экстрагируют), высушивают до постоянного веса, взвешивают в сухом состоянии на аналитических весах. Сухой образец насыщают под вакуумом водой пластовой минерализации или 5%-ным раствором хлористого натрия (NаСI); вторично взвешивают в насыщенном состоянии. На дно стаканчика центрифуги помещают кусочек марли или ваты дли впитывания отжатой воды во избежание всплескивания ее во время остановки центрифуги. В стаканчик опускают полую цилиндрическую подставку высотой от 10 до 25 мм. Затем на алюминиевом решетчатом диске с тонкой ручкой в стаканчик погружают образец породы цилиндрической формы диаметром 2,5 см и длиной 3 см. Стакан центрифуги закрывают резиновой пробкой с кольцом во избежание втягивания ее в пробирку при вращении центрифуги. Резиновая пробка должна иметь в середине небольшое выпускное отверстие для снятия давления. При центрифугировании насыщенного водой керна в воздухе вода вытесняется и замещается воздухом до тех пор, пока не достигается остаточная водонасыщенность. В центрифуге используют короткие керны, но несмотря на небольшую высоту керна, между фазами развиваются большие перепады давления: ( ) h g P ⋅ ⋅ ρ − ρ = ∆ 2 1 , (5.1) где ∆P – перепад давлений между фазами 1 и 2; ρ 1 , ρ 2 – плотность двух флюидов в пористой среде; g – ускорение силы тяжести; h – высота керна, см. vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 23 Значительные перепады давления происходят из-за большого ускорения при высоких скоростях вращения. Перепад определяется по следующей зависимости: ( ) h r n P ⋅ ⋅ ⋅ ρ − ρ ⋅ ⋅ = ∆ − 2 1 8 10 11 , 1 , (5.2) где n - число оборотов, мин -1 ; r - радиус вращения, см; h - высота керна, см. Формула (5.2) необходима в случаях построения кривых капиллярного давления. Для получения кривых капиллярного давления используют промежуточные скорости вращения и для каждого равновесного состояния измеряют число оборотов центрифуги и объем вытесненной воды. Скорость центрифуги ЦЭ-3 регулируется с помощью трансформатора с переменным коэффициентом трансформации. С этой целью в этой части центрифуги устанавливается тахометр и скорость вращения сопоставляется с напряжением, получаемым с помощью ЛАТР-1. По окончании центрифугирования образец вновь взвешивается на аналитических весах, после чего определяется остаточная водонасыщенность: % 100 1 2 ⋅ ρ ⋅ − = α в пор V m m , (5.3) где α – остаточная вода от объема пор, %; m 1 – масса сухого образца, г; m 2 - масса образца после центрифугирования, г; V пор – объем пор в образце: в пор m m V ρ − = 1 3 , (5.4) где m 3 – масса образца, насыщенного водой, г; ρ в – плотность воды при данной температуре. Работа проводится во всех четырех стаканчиках центрифуги с обязательным уравновешиванием их по весу. Если хорошо сцементированные образцы горных пород при центрифугировании сохраняются в структурном состоянии, то слабо сцементированные - разрушаются. Очень слабые рыхлые породы еще до центрифугирования при вакуумировании и насыщении их водой развиваются и переходят в vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 24 бесструктурное состояние. В этих случаях определение остаточной воды можно провести моделированием: засыпать разрушенную породу (песок) в специальные алюминиевые стаканчики с решетчатым дном и насытить поровое пространство водой. Центрифугируя и отжимая из модели гравитационную воду можно подсчитать остаточную водонасыщенность по формуле (5.3). Однако, сопоставление результатов определения остаточной водонасыщенности пород, находящихся в структурном и бесструктурном состояниях показало, что в первом случае ее содержится больше, чем во втором. При этом ошибка в определении остаточной воды, связанная с разрушением породы, колеблется от 16 до 40 %. Используемое оборудование и материалы: Центрифуга типа ЦЭ-3 с предельным количеством оборотов ротора 6200 об/мин.; ЛАТР; вакуум-насос; 5%-ный раствор хлористого натрия (NaСI); аналитические весы; кусочек марли или ваты. Порядок выполнения лабораторной работы: 1. Стаканы извлекаются из центрифуги, ополаскиваются и высушиваются в сушильном шкафу при 105ºС; 2. Замеряются геометрические размеры образцов; 3. Образцы керна помещаются в стаканы (рисунок 5.1) и устанавливаются в центрифугу; 4. Центрифуга включается при 6200 об/мин (по умолчанию) и далее процесс вращения центрифуги продолжается 30мин., после чего ее можно выключить; vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 25 Рисунок 5.1 – Разрез центрифужного стакана 1 – крышка; 2 – стакан; 3 – образец; 4 – прокладка из фильтровальной бумаги; 5 – песок; 6а – чехол из проволочной сетки; 6б – кольцо из резины или пластмассы; 7 – нижняя часть стакана (съёмная); 8 – пробка; 9 – дробь; а) - металлический; б) – пластмассовый 5. Стаканы извлекаются из центрифуги; По окончании центрифугирования образец взвешивается на аналитических весах определяется остаточная водонасыщенность по формуле (5.3). Вопросы для самопроверки и защиты лабораторной работы: 1. Какие вам известны категории проницаемости пород-коллекторов? 2. Почему введено понятие абсолютной проницаемости породы? 3. Какие факторы влияют на величину фазовой проницаемости? 4. Назовите основные узлы установки ГК-5. 5 . Как записывается расчетная формула? |