Удельная поверхность горных пород и методы её определения

• Название: Удельная поверхность горных пород и методы её определения
• Дата: 23.04.2023
• Размер: 1.65 Mb.
• Имя файла: bibliofond.ru_608394.rtf
• Тип: Курсовая; #1082135
• страница: 5 из 6

5. Лабораторные методы определения проницаемости пород

Проницаемость горных пород зависит от многих факторов - горного давления в условиях их залегания, от температуры, степени взаимодействия флюидов с породой и т.д. Установлено, например, что газопроницаемость в атмосферных условиях существенно выше проницаемости пород даже для неполярных углеводородных жидкостей, практически не взаимодействующих с породой. Это объясняется частичным проскальзыванием газа вдоль поверхности каналов пористой среды вследствие незначительного внутреннего трения молекул газа (эффект Клинкенберга). По данным Н.С. Гудок, иногда проницаемость некоторых пород для газа при атмосферных условиях превышала их проницаемость при давлении 10 МПа в, два раза.

Установлено, что с увеличением температуры среды газопроницаемость пород уменьшается, что связано с возрастанием скоростей движения молекул, уменьшением длины свободного их пробега и возрастанием сил трения вследствие интенсификации обмена количеством движения между отдельными слоями. По данным Н.С. Гудок, рост температуры с 20 до 90°С может сопровождаться уменьшением проницаемости пород на 20-30%.

Влияние на проницаемость пород давления, температуры,. степени взаимодействия флюидов с породой и необходимость измерения проницаемости пород по газу и по различным жидкостям приводит к необходимости конструировать приборы, позволяющие моделировать различные условия фильтрации с воспроизведением пластовых давлений и температур.

Поэтому для определения абсолютной проницаемости горных пород используются разнообразные приборы. Однако принципиальные схемы их устройства большей частью одинаковы - все они состоят из одних и тех же основных элементов: кернодержателя, позволяющего фильтровать жидкость и газы через пористую среду, устройств для измерения давления на входе и выходе из керна, расходомеров и приспособлений, создающих и поддерживающих постоянный расход жидкости или газа через образец породы (рис.1.13). Различаются они лишь тем, что одни из них предназначены для измерения проницаемости при больших давлениях, другие - при малых, а третьи - при вакууме. Одни приборы используются для определения проницаемости по воздуху, другие по жидкости. Поэтому от-; дельные их узлы имеют соответственно различное конструктивное оформление.,


Рис.1.13. Схемы приборов для определения проницаемости пород: 1 - кернодержатель; 2 - расходомер; 3 - устройство создающее постоянный расход жидкости или газа через керн; 4-измерители перепада давления; 5 - сосуд с водой; 6 - стеклянная трубка; 7 - вентиль
Кроме стационарных приборов, схема строения которых приведена на рис.1.13, а, для измерения проницаемости используются также упрощенные устройства. Схема одного из них приведена на рис.1.13, б. Образец в кернодержателе одной стороной соединен с атмосферной трубкой, конец которой опущен под уровень воды. Создав через вентиль 7 разрежение под керном, уровень воды в трубке поднимают на некоторую высоту. После закрытия этого вентиля фильтрация воздуха через керн осуществляется под действием переменного разрежения, характеризующегося высотой столба воды в трубке. Мерой проницаемости породы служит (при постоянстве размеров образца) время опускания мениска в трубке в заданном интервале.

На практике оказывается, что проницаемость для жидкости обычно почти всегда меньше, чем для газа. Лишь при высокой проницаемости пород значения ее примерно одинаковы для, жидкости и газа. Уменьшение проницаемости одной и той же породы для жидкости по сравнению с проницаемостью для газа происходит вследствие разбухания глинистых частиц и адсорбции жидкости при фильтрации нефти и воды через породы. (В последующих разделах мы увидим, что толщина адсорбционных слоев нефти иногда достигает размеров поровых каналов малопроницаемой породы). Поэтому абсолютную проницаемость пород принято определять с помощью воздуха или газа. Состав газа на проницаемость пород заметно влияет только при высоком вакууме (при так называемом кнудсеновском режиме течения газа, когда столкновения молекул редки - по сравнению с ударами о стенки пор, т.е. когда газ настолько разрежен, что средняя длина пробега молекул сравнима с диаметром поровых каналов). В этих условиях проницаемость, пород зависит от среднего давления, молекулярной массы газа t и температуры и тем выше, чем меньше молекулярная масса и давление. В пластовых условиях проницаемость горных пород практически мало зависит от состава газа.

Как уже упоминалось, фазовые проницаемости, кроме степени насыщенности пористой среды различными фазами, зависят от ряда других факторов и. специфических свойств конкретной пластовой систёмы. В результате фактические показатели иногда значительно отклоняются от расчетных. Поэтому при определении зависимости относительных проницаемостей от насыщенности следует проводить специальные опыты, поставленные с учетом специфических свойств исследуемой пластовой системы.

Устройство установок, применяемых для этих целей, более сложное, чем установок, рассмотренных ранее, так как необходимо моделировать многофазный поток, регистрировать насыщенность порового пространства различными фазами и расход нескольких фаз. Установки для исследования многофазного потока обычно состоят из следующих основных частей:

) приспособления для приготовления смесей и питания керна;

) кернодержателя специальной конструкции;

) приспособления и устройства для приема, разделения и измерения раздельного расхода жидкостей и газа;

) устройства для измерения насыщенности различными фазами пористой среды;

) приборов контроля и регулирования процесса фильтрации.

Насыщенность порового пространства различными фазами можно определить несколькими способами: измерением электропроводности пористой среды, взвешиванием образца (весовой метод) и т.д.

В первом случае измеряется электропроводность участка пористой среды, строится график, который сравнивается с тарировочной кривой (заранее составленной и представляющей собой зависимость электропроводности среды от содержания в порах различных фаз), затем определяется насыщенность порового пространства соответствующими фазами. Такой метод пригоден, если одна из жидкостей, используемых при исследовании, является проводником электричества (соленая вода, водоглицериновые смеси и т.д.).

При весовом методе среднюю насыщенность образца жидкостью и газом определяют по изменению его массы вследствие изменения газосодержания в поровом пространстве среды.

При движении многофазных систем проницаемость для каждой фазы определяется по следующим формулам:

Здесь Qв, Qн и Qг - соответственно расходы в единицу времени воды, нефти и средний расход газа в условиях образца kн, kг и kв - фазовые проницаемости для нефти, газа и воды μв, μн и μг - соответственно динамические вязкости воды, нефти и газа; F-площадь фильтрации; ∆р - перепад давления, ∆L - длина пористой среды. М

Фазовые проницаемости рассчитываются также по результатам вытеснения из пористой среды одной фазы другой и по промысловым данным. Приближенно их можно оценить также по кривым распределения пор по размерам.