СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДОНАСЫЩЕННОСТИ ОБРАЗЦОВ ПОРОД Российский патент 2015 года по МПК G01N23/00 

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при определении коллекторских свойств образцов пород, преимущественно трещиноватых.

Известен способ определения водо- и нефтенасыщенности с помощью полихроматической рентгеновской системы с контролем насыщенности пород коллектора жидкостями по поглощению рентгеновского излучения (Кузнецов A.M. Научно-методические основы и исследования влияния свойств пород-коллекторов на эффективность извлечения углеводородов из недр. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. М., 1998). Данные об интенсивности рентгеновского излучения собирают при движении рентгеновской трубки, коллиматора и детектора как единиц ячейки вдоль горизонтальной оси исследуемого образца от входного сечения к выходному. Моделируют пластовые условия. Водонасыщенность образца породы рассчитывают на основе закона Ламберта, используя линейность полулогарифмической зависимости рентгеновского излучения, измеренного при 100%-ой насыщенности образца меченой жидкостью и 100%-ной насыщенности немеченой жидкостью по математической формуле, для чего измеряют текущую интенсивность рентгеновского излучения, прошедшего через сухой образец; интенсивность рентгеновского излучения при 100%-ной насыщенности меченой жидкостью.

Недостатком данного способа является недостаточно высокая точность, так как не учитываются изменения количества воды в образце в процессе эксперимента. Данный способ длительный, требующий временных затрат на проведение процедуры насыщения образца нефтью на 100%.

Известен способ определения нефте- и водонасыщенности образцов горных пород, включающий последовательное измерение веса нефтенасыщенного образца, помещение образца в дейтерированную воду, измерение амплитутды сигнала ЯМР от образца с дейтерированной водой, помещение образца в дистиллированную воду, измерение веса и амплитуды сигнала от образца с дистиллированной водой, высушивание образца при температуре испарения воды из образца до достижения величины отношения текущей амплитуды сигнала к амплитуде сигнала от образца с дейтерированной водой, равной (0,7-0,8) ед., насыщение образца керосином, измерение амплитуды сигнала от образца с керосином, а количество нефти и воды в образце определяют по соответствующим формулам (патент РФ №2175764, G01N 24/08, опубл. 2001). Способ трудоемкий и требует дорогостоящего оборудования.

Известен способ определения водонасыщенности образцов породы в герметичной реторте, взятый за прототип. Способ заключается в выпаривании воды из образца породы при температуре 140-150°С в закрытой реторте, конденсировании паров воды в жидкостном холодильнике и сборе сконденсированной жидкости в мерную бюретку. Водонасыщенность образца породы определяют как отношение объема сконденсированной воды к поровому объему образца. Измерение водонасыщенности ретортным способом, как правило, проводят на стандартных образцах породы диаметром около 30 мм и длиной 40-60 мм с пористостью более 10%. Измерения проводят в диапазоне от 20% до 100% водонасыщенности. (Е.А. Поляков. Методика изучения физических свойств коллекторов нефти и газа, М., Недра, 1981 - стр.116)

Недостатками способа является то, что происходят потери сконденсированной жидкости в жидкостном холодильнике, кроме того, объем сконденсированной жидкости в мерных пробирках определяется с погрешностью +-0,5 деления, т.е. около 0,05 мл. Эти ограничения приводят к тому, что определение водонасыщенности образцов возможно только в диапазоне от 20% до 100%. При водонасыщенности ниже 20% на стандартных образцах породы или при измерении водонасыщенности на трещиноватых образцах породы с низкой пористостью, относительная погрешность определения водонасыщенности превышает допустимые методиками измерения 10%.

Основной задачей заявляемого изобретения является создание способа определения водонасыщенности образцов пород с высокой точностью, в том числе для трещиноватых пород с низкой пористостью (меньше 1%).

Технический результат способа заключается в увеличении точности и достоверности определения водонасыщенности образцов пород с низкой пористостью.

Технический результат достигается тем, что в известном способе определения водонасыщенности образцов породы, включающем выпаривание воды из образца при температуре 140-150°С в закрытой реторте, дополнительно в камеру реторты помещают металлический имитатор объемом, равным объему образца породы, камеру прогревают до температуры 140-150°С и определяют исходную влажность реторты с₀, определяют калибровочную зависимость реторты и постоянный коэффициент α, универсальный для используемой реторты, а при выпаривании воды из образцов породы определяют максимальную влажность образца с_породы, при этом водонасыщенность образца породы определяют из выражения:

где

S_в - водонасыщенность образца породы;

с_породы - измеренная максимальная влажность образца породы;

с₀ - влажность в реторте без образца породы, определяемая непосредственно перед экспериментом при температуре выпаривания 140-150°С;

V₀ - объем реторты с подводящими соединениями;

V_обр - объем образца горной породы;

α - постоянный коэффициент, универсальный для используемой реторты;

V_пор - объем пор образца.

Исходная влажность в реторте с₀ необходима для определения водонасыщенности образца породы по выражению (1), что повышает точность и достоверность определения водонасыщенности.

По калибровочной зависимости реторты определяют постоянный коэффициент α, универсальный для используемой реторты, который используется для вычисления водонасыщенности образца породы, что повышает точность и достоверность определения водонасыщенности.

Температура выпаривания 140-150°С является оптимальной для корректного определения максимальной влажности в камере реторты. При увеличении температуры скорость выпаривания воды из образца увеличивается и максимальная с_породы может быть определена некорректно. При уменьшении температуры увеличивается время измерения.

Существенные отличия позволяют экспериментально определить водонасыщенность образцов, в том числе трещиноватых образцов породы с низкой пористостью (от 0,1% до 1%) с маленькой относительной погрешностью.

На фиг.1 изображена схема установки для проведения измерения.

На фиг.2 показана зависимость измеренной влажности от объема испаренной воды в реторте.

Установка для проведения измерения (фиг.1), реализующая заявляемый способ, содержит реторту 1, цифровой измеритель влажности 2 с полупроводниковым датчиком (относительная погрешность измерения 2%), манометр для индикации давления в системе 3, ресивер 4, вентиль аварийного сброса избыточного давления в системе 5.

Заявляемый способ реализуется следующим образом.

Образец помещают в камеру реторты 1. К камере подключен цифровой измеритель влажности 2 с полупроводниковым датчиком. Реторта с присоединительными трубками и ресивер расположены внутри термостата, в котором во время эксперимента поддерживается температура 140-150°С. Температура стабильной работы полупроводникового датчика 100°С, поэтому корпус измерителя влажности располагается снаружи термостата и подключается к системе тефлоновой трубкой (либо трубкой из PEEK). Избыточное давление для стабильной работы датчика не должно превышать 0,3 атм, поэтому в системе предусмотрен ресивер - контейнер с подвижным поршнем, подсоединенный к газовому баллону с избыточным давлением около 0,1 атм (на фиг. не показан). Для индикации давления в систему подключен манометр 3. В случае аварийного повышения давления в системе существует вентиль для сброса избыточного давления 5.

Изобретение поясняется следующими примерами.

Для осуществления заявляемого способа были использованы образцы пород из скважин месторождения N Западной Сибири. Были выбраны трещиноватые образцы породы цилиндрической формы.

Пример 1

В камеру реторты помещают металлический имитатор объемом, равным объему образца породы, камеру прогревают до температуры 140-150°С и с помощью цифрового измерителя влажности 2 определяют исходную влажность камеры с₀ - влажность воздуха в прогретой камере. с₀=44,52%.

Калибровочную зависимость реторты определяют следующим способом: в камеру реторты объемом 268 см³ помещают металлический имитатор образца породы объемом 170 см³ с керамической бюксой. В бюксу заливают заданный объем воды V_в. Камеру снова прогревают до температуры 140-150°С и в ней определяют максимальную влажность воздуха - с_калибр. Измерение повторяют для разных заданных объемов воды в камере. Строят калибровочную зависимость измеренной максимальной влажности от объема воды в камере (фиг.2). Калибровочная зависимость является универсальной характеристикой для используемой реторты.

Измеренная влажность связана с объемом воды в образце породы зависимостью:

,

где с_калибр - максимальная влажность воздуха камеры с керамической бюксой;

с₀ - влажность в реторте без образца породы, определяемая непосредственно перед экспериментом при температуре выпаривания 140-150°С;

α - постоянный коэффициент, универсальный для используемой реторты;

V_в - объем воды в бюксе;

V₀ - объем реторты с подводящими соединениями;

V_обр - объем образца горной породы.

Постоянный коэффициент α определяют из калибровочной зависимости измеренной максимальной влажности от объема воды в реторте (фиг.2) при аппроксимации экспериментальных данных линейной зависимостью. Тангенс угла наклона аппроксимирующей зависимости tgφ равен отношению α/(V₀-V_обр).

Постоянный коэффициент α является универсальным для используемой реторты. В данном эксперименте α=6891.

На следующем этапе определяют длину и диаметр образцов, а также объем пор. Длина и диаметр образцов измерялись электронным штангенциркулем. Измерения длины и диаметра для каждого образца проводились в трех разных точках; полученные значения усреднялись. Объем пор образцов измерялся методом Преображенского при насыщении образца жидкостью на 100% в соответствии с ГОСТ 26450.1-85.

Берется образец породы с неизвестной водонасыщенностью с параметрами:

длина - 4,447 см,

диаметр - 7,00 см,

V_обр=171,141 см³,

V_пор=1,029 см³.

Образец породы помещают в камеру реторты и при температуре 140-150°С выпаривают воду из образца породы в закрытой реторте. При выпаривании воды из образца определяют максимальную влажность с_породы. Для данного образца с_породы=84,63%.

Водонасыщенность образца породы определяют из выражения:

Водонасыщенность первого образца породы S_в=0,548 д.ед.

Пример 2.

Образец породы с неизвестной водонасыщенностью имеет параметры:

длина - 4,446 см,

диаметр - 7,03 см,

V_обр=172,572 см³,

V_пор=0,837 см³.

Все измерения проводят как с образцом породы 1. В результате измерений получаем:

с_породы=82.73%.

Водонасыщенность образца определяют по выражению (1):

S_в=0,632 д.ед.

Пример 3.

Образец породы с неизвестной водонасыщенностью имеет параметры:

длина - 4,460 см,

диаметр - 7,03 см,

V_обр=173,116 см³,

V_пор=0,658 см³.

Все измерения проводят как с образцом породы 1. В результате измерений получают:

с_породы=75.77%.

Водонасыщенность образца вычисляют по выражению (1):

S_в=0,654 д.ед.

Пример 4.

Образец породы с неизвестной водонасыщенностью имеет параметры:

длина - 4,450 см,

диаметр - 7,02 см,

V_обр=172,236 см³,

V_пор=0,796 см³.

Все измерения проводят как с образцом породы 1. В результате измерений получают:

с_породы=69,64%.

Водонасыщенность образца вычисляют по выражению (1):

S_в=0,439 д.ед.

Пример 5.

Образец породы с неизвестной водонасыщенностью имеет параметры:

длина - 4,450 см,

диаметр - 7,02 см,

V_обр=172,236 см³,

V_пор=0,889 см³.

Все измерения проводят как с образцом породы 1. В результате измерений получают:

с_породы=78,51%.

Водонасыщенность образца вычисляют по выражению (1):

S_в=0,532 д.ед.

Пример 6.

Образец породы с неизвестной водонасыщенностью имеет параметры:

длина - 4,450 см,

диаметр - 7,01 см,

V_обр=171,746 см³,

V_пор=0,747 см³.

Все измерения проводят как с образцом породы 1. В результате измерений получают:

с_породы=77,43%.

Водонасыщенность образца вычисляют по выражению (1):

S_в=0,615 д.ед.

Пример 7.

Образец породы с неизвестной водонасыщенностью имеет параметры:

длина - 4,480 см,

диаметр - 7,01 см,

V_обр=172,904 см³,

V_пор=0,187 см³.

Все измерения проводят как с образцом породы 1. В результате измерений получают:

с_породы=53,29%.

Водонасыщенность образца вычисляют по выражению (1):

S_в=0,647 д.ед.

Пример 8.

Образец породы с неизвестной водонасыщенностью имеет параметры:

длина - 4,463 см,

диаметр - 7,03 см,

V_обр=173,232 см³,

V_пор=0,393 см³.

Все измерения проводят как с образцом породы 1. В результате измерений получают:

с_породы=63,60%.

Водонасыщенность образца вычисляют по выражению (1):

S_в=0,669 д.ед.

Параметры трещиноватых образцов породы приведены в таблице 1.

Таблица 1 Параметры цилиндрических образцов породы месторождения N. Номер образца Длина, см Диаметр, см V_пор, см³ V_обр, см³ Пористость образцов, % 1 4,447 7,00 1,029 171,141 0,601 2 4,446 7,03 0,837 172,572 0,485 3 4,460 7,03 0,658 173,116 0,38 4 4,450 7,02 0,796 172,236 0,462 5 4,450 7,02 0,889 172,236 0,516 6 4,450 7,01 0,747 171,746 0,435 7 4,48 7,01 0,187 172,904 0,108 8 4,463 7,03 0,393 173,232 0,227

Значения измеренной влажности и рассчитанной водонасыщенности образцов породы приведены в таблице 2.

Таблица 2 Значения измеренной влажности и рассчитанной водонасыщенности образцов породы месторождения N. Номер образца Измеренная влажность, % Водонасыщенность образцов, д.ед. 1 84,63 0,548 2 82,73 0,632 3 75,77 0,654 4 69,64 0,439 5 78,51 0,532 6 77,43 0,615 7 53,29 0,647 8 63,60 0,669

Заявляемый способ позволяет определить водонасыщенность трещиноватых образцов пород с высокой точностью и низкой погрешностью измерений.

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при определении коллекторских свойств трещиноватых образцов породы. Сущность: определяют максимальную влажность образца с_породы. Способ состоит в том, что в камеру реторты помещают металлический имитатор объемом, равным объему образца породы, камеру прогревают до температуры 140-150°С и определяют исходную влажность в реторте с₀, определяют калибровочную зависимость реторты и постоянный коэффициент α, универсальный для используемой реторты, выпаривают воду из образца породы при температуре 140-150°С в закрытой реторте. Водонасыщенность образца породы рассчитывается по выражению:

$$S_{в}=\frac{({с}_{породы}-{с}_0)(V_0-V_{обр})}{\alpha V_{пор}},(1)$$

где S_в - водонасыщенность образца породы;

с_породы - измеренная максимальная влажность образца породы;

с₀ - влажность в реторте без образца породы, определяемая непосредственно перед экспериментом при температуре выпаривания 140-150°С;

V₀ - объем реторты с подводящими соединениями;

V_обр - объем образца горной породы;

α - постоянный коэффициент, универсальный для используемой реторты;

V_пор - объем пор образца. Техническим результатом является увеличение точности и достоверности определения водонасыщенности образцов породы с низкой пористостью. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Способ определения водонасыщенности образцов пород, включающий выпаривание воды из образца при температуре 140-150°С в закрытой реторте, отличающийся тем, что при выпаривании воды из образцов определяют максимальную влажность образца породы (с_породы), а перед выпариванием воды из образца породы в камеру реторты помещают металлический имитатор, камеру прогревают до температуры 140-150°С и измеряют исходную влажность в реторте (с₀), определяют калибровочную зависимость реторты и постоянный коэффициент α, универсальный для используемой реторты, а водонасыщенность образца породы определяют с учетом максимальной влажности образца породы, исходной влажности камеры реторты, объема реторты с подводящими соединениями, объема образца породы, постоянного коэффициента, универсального для используемой реторты, и объема пор образца породы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что водонасыщенность образца породы определяют по формуле:

где
S_в - водонасыщенность образца породы;
с_породы - измеренная максимальная влажность образца породы;
с₀ - влажность в реторте без образца породы, определяемая непосредственно перед экспериментом при температуре выпаривания 140-150°С;
V₀ - объем реторты с подводящими соединениями;
V_обр - объем образца горной породы;
α - постоянный коэффициент, универсальный для используемой реторты;
V_пор - объем пор образца.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что калибровочную зависимость реторты определяют, размещая в камере реторты металлический имитатор образца породы с керамической бюксой с заданным объемом воды V_в, камеру прогревают до температуры 140-150°С и измеряют максимальную влажность воздуха - с_калибр, измерение повторяют для разных заданных объемов воды в камере, строят калибровочную зависимость, причем постоянный коэффициент α определяют по калибровочной зависимости, а измеренная влажность связана с объемом воды в образце породы зависимостью:
,
где с_калибр - максимальная влажность воздуха камеры с керамической бюксой;
с₀ - влажность в реторте без образца породы, определяемая непосредственно перед экспериментом при температуре выпаривания 140-150°С;
α - постоянный коэффициент, универсальный для используемой реторты;
V_в - объем воды в бюксе;
V₀ - объем реторты с подводящими соединениями;
V_обр - объем образца горной породы.