ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ № 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ОСТАТОЧНОЙ НЕФТЕНАСЫЩЕННОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД
Цель лабораторной работы:
Определение остаточной нефтенасыщенности горных пород vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
26
Основные теоретические положения:
Содержание флюидов в породе называется насыщенностью.
Количественно содержание в породе нефти оценивается коэффициентом нефтенасыщенности. Это есть доля от объема открытых пор V
пор в образце, занятых нефтью V
н
: коэффициент нефтенасыщенности:
пор
н
н
V
V
S
=
,
(6.1)
На рисунке 6.1 представлена схема установки для определения остаточной нефтенасыщенности горных пород.
Рисунок 6.1 – Схема установки для определения остаточной нефтенасы-щенности горных пород
Установка состоит из комплекта кернодержателей 8, с помещёнными в них пронумерованными образцами пород (3-5 штук). К кернодержателям через краны 6 с помощью водонагнетательной линии 5 присоединена напорная ёмкость 2, заполняемая перед опытом на ¾ водой. Избыточное давление воздуха над водой в ёмкости 2 создаётся компрессором 1 и контролируется манометром 3. Вытесняющая вода и вытесняемая из образцов породы «нефть» накапливается в мензурках 9.
Кернодержатель – капсула, в которую будет помещаться исследуемый образец керна – разборный. vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
27
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:
Компрессор, штатив для установки, кернодержатель объёмом 45 см
3
Порядок выполнения лабораторной работы:
1.
Измеряются геометрические размеры образцов керна;
2.
Керны помещаются в кернодержатели;
3.
Установки собираются согласно схеме (рисунок 6.1);
4.
Заполняется линия до кернодержателей водой. Для этого последовательно открываются герметизирующий винт (7) на кернодержателе и кран (6);
5.
Кран (7) и крышка на баке закручиваются и, далее, включается компрессор и создается избыточное давление в 0,01-0,012 МПа.
6.
Открываются краны доступа к кернодержателям;
7.
Начинается фильтрация воды через кернодержатели и происходит процесс вытеснения нефти.
8.
Все измеренные величины приводятся к единой системе единиц СИ и заносятся в таблицу 6.1. Где V
н
– объём вытесненной «нефти» из порового пространства образца;
пор
н
он
V
V
S
−
= 1
– остаточная нефтенасыщенность.
Строится графическая зависимость остаточной нефтенасыщенности от проницаемости образцов керна. vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
28
Таблица 6.1
Форма записи результатов лабораторной работы по определению
остаточной нефтенасыщенности горных пород
№ образ ца
Объём порового пространства образца керна, V
пор
, см
3
Объём вытесненн ой
«нефти»,V
н
, см
3
Остаточна я нефтенас ыщенност ь, S
он
, д.ед.
Проницаемо сть образца породы, К
пр
,
*10
-15
м
2 1
162 2
300 3
552 4
1371 5
1542 6
1752 7
1852 8
2051
Вопросы для самопроверки и защиты лабораторной работы:
1. Перечислите основные элементы установки данной лабораторной работы для определения остаточной нефтенасыщенности горных пород.
2. Опишите порядок выполнения данной лабораторной работы.
3. Запишите формулу для определения остаточной нефтенасыщенности образца горной породы по результатам данной лабораторной работы.
4. Назовите категории насыщенности горных пород флюидами и запишите их формулы.
5. Дайте объяснение причин нелинейности графика зависимости остаточной нефтенасыщенности образцов горных пород от их проницаемости. vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
29 ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ № 7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА АБСОЛЮТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ПОРОД Цель лабораторной работы: Определение коэффициента абсолютной проницаемости пород Основные теоретические положения: 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. vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 30 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 vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 31 проницаемости по воздуху (газу), другие по жидкости. Поэтому отдельные их узлы имеют соответственно различное конструктивное оформление. Составные элементы установки соединяются между собой металлическими трубками с быстроразъёмными резьбовыми соединениями с уплотнениями на концах. При необходимости при монтаже установки могут использоваться тройники и угольники. При измерении абсолютной проницаемости пород по воздуху (газу) в формулу Дарси PFLQk∆ ⋅ ⋅ µ ⋅ = , (7.1) где k – проницаемость породы, м 2 ; Q – объемный расход в единицу времени, м 3 /с; η – динамическая вязкость, Па·с; F – площадь фильтрации, м 2 ; Δ Р – перепад давления, Па; L – длина пористой среды, м. следует подставить средний расход воздуха в условиях образца PFLQk∆ ⋅ ⋅ µ ⋅ = , (7.2) где Q - 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 vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
32 этой нелинейностью можно пренебречь. Поэтому среднее давление по длине керна:
2
атм
абс
P
P
P
+
=
,
(7.3) где P
абс
– давление (абсолютное) на входе в керн; P
атм
– атмосферное давление.
Так как манометр показывает избыточное давление над атмосферным на входе в керн, то
ман
атм
абс
P
P
P
+
=
,
(7.4) где P
ман
– показания манометра.
Тогда
2 2
ман
атм
P
P
P
+
⋅
=
(7.5)
Для приведения объёма газа V
г
, замеренного расходомером при атмосферном давлении P
атм
, к среднему давлению в керне
P
воспользуемся законом Бойля – Мариотта:
V
P
V
P
г
атм
⋅
=
⋅
,
(7.6)
Откуда
ман
атм
атм
атм
P
P
P
V
P
P
V
V
+
⋅
⋅
⋅
=
⋅
=
2 2
,
(7.7)
Так как
t
V
Q
=
,
(7.8) где t – время, в течение которого через керн прошёл объём воздуха
V
по расходомеру.
Окончательная формула для определения коэффициента проницаемости горной породы по воздуху при малых давлениях будет следующей:
(
)
ман
ман
атм
атм
P
P
P
P
F
L
t
V
k
+
⋅
⋅
⋅
⋅
µ
⋅
=
2 2
,
(7.9) vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
33
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 7.1 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.
Рисунок 7.1 – 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:
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
34 1. Замеряются геометрические размеры образцов и вычисляется площадь поперечного сечения; 2. Собирается установка согласно схеме (рисунок 7.1) 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 7.1. Таблица 7.1 Форма записи результатов лабораторной работы по определению коэффициента абсолютной проницаемости пород № образца Давление согласно показанию манометра, Pман , МПа Объём воздуха по расходомеру, V, м 3 Температура, t, ºС Проницаемост ь образца породы, Кпр ,*10 -15 м 2 1 2 3 4 5 6 7 8 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. vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943 35 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. ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ № 8. НАСЫЩЕНИЕ ОБРАЗЦОВ КЕРНА ВОДОЙ НА УЧЕБНОЙ СИСТЕМЕ НАСЫЩЕНИЯ TS-534 Цель лабораторной работы: Приобретение навыков работы на учебной системе насыщения TS-534 Основные теоретические положения: Учебная система насыщения TS-534 компании Coretest Systems, Inc разработана для проведения экономичного и простого метода насыщения образцов горных пород со средней и высокой проницаемостью моделью пластовой воды или нефтью. Система TS-534 состоит из вакуумного насоса, улавливателя воды, вакуум-эксикатора образцов и выпускного клапана, установленного на передвижном рабочем столе. Насыщение образцов горных пород достигается путем загрузки образцов в вакуум-эксикатор, далее заполнения эксикатора достаточным количеством насыщающей жидкости, чтобы образцы горных пород были погружены в насыщающую жидкость, по крайней мере, на ½ дюйма выше образцов. После чего эксикатор закрывается, и камера вакуумируется в течение не менее двух часов (для образцов с очень высокой проницаемостью). После того как камера и образцы горных пород с vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
36 насыщающей жидкостью были провакуумированы, вакуум сбрасывается при помощи выпускного клапана, после этого крышка эксикатора может быть снята.
Выпускной клапан: когда выпускной клапан находится в положении, как показано на фотографии ниже (ручка клапана повернута влево), система готова к созданию вакуума в эксикаторе. Когда ручка выпускного клапана повернута вправо, эксикатор открыт к атмосферному давлению и вакуум в системе будет сброшен.
Для создания вакуума: поверните выпускной клапан против часовой стрелки, как сказано выше. Для сброса вакуума. поверните выпускной клапан по часовой стрелке.
Вакуумметр - отображает значение вакуума в камере эксикатора. Для достижения необходимого вакуума на образцы горных пород он должен отображать значение не менее 27+ дюймов ртутного столба.
Выпускной клапан вакуумного насоса: данный клапан должен оставаться в закрытом положении до момента смены масла в вакуумном насосе. Если уровень масла в мерном окошке вакуумного насоса, расположенном чуть выше выпускного клапана, превышает допустимый уровень (это указывает на то, что в насос попало существенное количестве насыщающей жидкости), то рекомендуется слить масло, открыв выпускной клапан. После чего закрыть выпускной клапан и заполнить вакуумный насос через верхнюю крышку новым маслом до метки, расположенной посередине мерного окна.
Емкость для улавливания жидкости: данная вакуумная колба расположена между вакуумным насосом и вакуум-эксикатором и предназначена для улавливания жидкости, которая может быть высосана из эксикатора во время вакуумирования. Очень важно, чтобы данная емкость для улавливания жидкости ВСЕГДА была расположена между вакуумным насосом и эксикатором во время использования системы. Невыполнение vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
37 данного требования может привести к поломке вакуумного насоса и быть причиной отказа от гарантийных обязательств. Рисунок 8.1 – Схема установки для насыщения образцов керна водой на учебной системе насыщения TS-534 1 - выпускной клапан вакуумного насоса; 2 - выпускной фильтр насоса; 3 - уловитель жидкости на насосе; 4 - емкость уловителя жидкости; 5 - вакуумный насос; 6 - вакуумметр; 7 -вакуум-эксикатор для образцов; 8 - выпускной клапан. Вакуум-эксикатор для образцов: эта камера предназначена для расположения образцов под уровнем насыщающей жидкости во время процесса насыщения. Маленький пластиковый клапан в месте подключения эксикатора к системе вакуумирования может быть использован для изолирования эксикатора от системы насыщения, в которой создан требуемый уровень вакуума. Используемое оборудование и материалы: Учебная система насыщения TS-534, эксикатор, образцы керна, четыре градуированных стакана (200 мл, пластиковые), дистиллированная вода. Порядок выполнения лабораторной работы: 1. Три стакана заполняются водой; 2. Стаканы с жидкостью помещаются в эксикатор и в них помещаются образцы керна; 3. Включается насос, что приводит к падению давления с 0 до -25; 4. При достижении нужного давления насос отключается; 5. Производится процесс насыщения в течении 4 часов; vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
38 6.
После окончания процесса насыщения стаканы извлекаются из эксикатора;
7.
Написание выводов по проделанной работе
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). vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
39
ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ № 9. ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ
Прием задолженностей vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
| 
Скачать 0.69 Mb.