СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОБРАЗЦОВ АРГИЛЛИТА, НАСЫЩЕННЫХ ПЛАСТОВЫМ ФЛЮИДОМ ИЛИ ЕГО МОДЕЛЬЮ, С СОХРАНЕНИЕМ ТРЕЩИНОВАТОСТИ Российский патент 2025 года по МПК E21B49/00 G01N1/28 

Изобретение относится к прочностным исследованиям образцов горных пород и может применяться для исследований влияния буровых растворов на прочностные свойства образцов аргиллита, содержащих в объёме пустот пластовый флюид или его модель.

Применяемые в настоящее время методики исследований влияния буровых растворов на прочностные свойства аргиллитов предусматривают либо предварительное измельчение образцов керна или шлама, либо погружение в буровой раствор или его фильтрат воздушно-сухих образцов керна. Простое погружение воздушно-сухих образцов керна в жидкость может приводить к защемлению воздуха, что существенно влияет на динамику изменения прочности образцов от времени [1, 2].

Из уровня техники известен способ, при котором образцы отбирают и консервируют сразу после извлечения керна из колонкового снаряда. Выбранные для проведения анализа образцы керна протирают влажной тканью, удаляя с керна флюид, применявшийся для отбора керна (нельзя промывать керн под шлангом). Каждый образец керна заворачивают в специальный обмоточный материал, затем в алюминиевую фольгу, затем покрывают парафином и оберточной пленкой [3]. Однако способ не применим к воздушно-сухим образцам, находящимся в керновых хранилищах.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ одноосного сжатия искусственных кернов [4], включающий измельчение шлама в барабанной мельнице до порошкового состояния; получение с помощью рассева фракции глинопорошков менее 160 мкм; его просушку при температуре 110°С до тех пор, пока разность между последовательными взвешиваниями будет не более 0,02 г (перед взвешиванием пробы охлаждают в эксикаторе с прокаленным хлоридом кальция до температуры окружающей среды); увлажнение испытуемых образцов над насыщенным раствором хлорида калия (355 г/л) при температуре окружающей среды до максимальной гигроскопической влажности (максимальное количество воды, сорбируемое глинопорошком); изготовление искусственных образцов в форме прессованных «таблеток» путем прессования навески глинопорошка массой 5±0,1 г в пресс-форме диаметром 20 мм в гидравлическом прессе при вертикальной нагрузке 90 МПа (13000 psi) в течение 15 минут.

Способ предусматривает измельчение исходных образцов до получения фракции менее 160 мкм, что исключает трещиноватость.

Задача изобретения - создание эффективного способа получения образцов аргиллита для исследований влияния буровых растворов на их прочностные свойства.

Технический результат, достигаемый изобретением, - получение образцов аргиллита, насыщенных пластовым флюидом или его моделью с сохранением трещиноватости.

Указанный технический результат достигается тем, что воздушно-сухие образцы аргиллита размером 50×50×50 мм размещают в бумажные контейнеры, помещают в эксикатор и увлажняют пластовым флюидом или его моделью под вакуумом величиной не менее 60 кПа на протяжении не менее суток, после чего их уплотняют на установке трёхосного сжатия до достижения упруго-пластичной стадии деформации. Для приготовления модели пластового флюида в дистиллированную воду вводят соли, обеспечивающие повторение химического состава пластового флюида. Бумажный контейнер для воздушно-сухого образца аргиллита на 5 мм больше по каждой из сторон по отношению к образцу аргиллита, а в качестве бумаги для бумажных контейнеров используют офисную бумагу плотностью не менее 80 г/см².

Суть способа заключается в замещении воздуха, находящегося в пустотах образца аргиллита, пластовым флюидом или его моделью при полном погружении образца аргиллита в пластовый флюид или его модель и создании вакуума. При выдерживании образца аргиллита в пластовом флюиде или его модели происходит расслоение аргиллита и для сохранения структуры пустот кубический образец аргиллита помещают в сложенный из бумаги контейнер кубической формы. После полного насыщения, происходящего через одни сутки, контейнер из бумаги с образцом аргиллита помещают в установку трёхосного сжатия. За счет одновременного сжатия кубического образца со всех сторон выполняют его уплотнение.

Таким образом, получают образец для проведения исследований влияния буровых растворов на прочностные свойства образцов аргиллита, насыщенных пластовым флюидом или его моделью, с сохранением трещиноватости.

Были проведены исследования прочности на сжатие образцов аргиллита, насыщенных моделью пластового флюида, с сохранением трещиноватости, показавшие, что получаемые результаты носят статистический характер и для их оценки применимы методы математической статистики.

На фиг. 1 представлены графики уплотнения образца аргиллита, насыщенного моделью пластового флюида, по каждой оси на установке трёхосного сжатия. До начала уплотнения выполняется поочерёдное подведение к образцу сжимающих плит по каждой оси (сначала по z, затем по х, затем по y). После того как плиты размещены в исходном положении, запускают режим уплотнения, при котором начинается одновременное сжатие по всем осям с записью на компьютер данных по перемещению сжимающих плит и создаваемому ими давлению, пример которых приведён на Фиг. 1. Как видим из Фиг. 1, на графиках по оси х и оси y отражены три стадии уплотнения: первая стадия, выражающаяся в зависимости давления от перемещения с малым углом наклона кривой к оси абсцисс, обусловлена сдвиганием слоёв образца аргиллита друг относительно друг, с выдавливанием избытка жидкости из межслойного пространства; вторая стадия характеризуется увеличением угла наклона и является упругим уплотнением – при снятии нагружения образец вернётся к размерам до нагружения; третья стадия характеризуется сменой упругого режима уплотнения на пластичный, при котором деформация образца необратима и происходит без увеличения давления. При пластичной деформации часть образца выдавливается через грани, образуемые соседними плитами, т. к. эти контакты не герметичны. График по оси z на фиг. 1 имеет только две стадии уплотнения, что связано с созданием нагружения при подведении к образцу сжимающих плит до начала уплотнения.

На практике способ осуществляют следующим образом. Выпиливают из воздушно-сухих кернов аргиллита кубические образцы размером 50×50×50 мм, при этом отклонение по каждому линейному размеру не должно превышать 1 мм. Выпиленный кубический образец керна аргиллита помещают в контейнер из бумаги, который на 5 мм больше по каждой из сторон по отношению к образцу аргиллита. В качестве бумаги может применяться любая офисная бумага плотностью не менее 80 г/см². Кубический образец керна аргиллита находящийся в контейнере из бумаги помещают в эксикатор, куда наливают пластовый флюид, являющийся попутной водой из выше или нижележащих проницаемых горизонтов, либо его модель. Жидкость наливают до полного перекрытия размещённого в контейнере образца аргиллита. В контейнере, с помощью вакуумного насоса, создают и непрерывно поддерживают вакуум величиной не менее 60 кПа на протяжении суток или дольше, при этом дальнейшее выдерживание перестаёт влиять на свойства образца. После истечения указанного времени, отключают вакуумный насос, выравнивают давление до атмосферного и образец аргиллита в сложенном из бумаги контейнере помещают в установку трёхосного сжатия [5]. Выполняют уплотнение образца путём одновременного сжатия со всех сторон до достижения упруго-пластичной стадии деформации. Далее образец готов для проведения исследований влияния буровых растворов на прочностные свойства образцов аргиллита, насыщенных пластовым флюидом или его моделью, с сохранением трещиноватости.

Пример конкретного выполнения

Для подтверждения заявленного технического результата проведены опытные реализации способа на керне Самотлорского месторождения, отобранного в интервале залегания кошайских глин (1718,4-1736,4 м). Прочность на сжатие определялась на прессе Matest E161-03.

Размеры образцов после распиловки, увлажнения моделью пластового флюида под вакуумом и уплотнения на установке трёхосного сжатия приведены в таблице 1. Распиловка выполнялась на станке для изготовления кубических образцов «Куб». Для приготовления модели пластового флюида в дистиллированной воде растворяли следующие соли: NaHCO₃ = 0,3 г/л, NaCl = 5,7 г/л, KCl = 4,4 г/л, CaCl₂ = 1,3 г/л, MgCl₂ = 0,5 г/л. Время уплотнения в среднем составляло 15 с. Давление, при котором у каждого образца достигалась стадия пластичной деформации, приведено в таблице 1.

Таблица 1. Прочность на сжатие и характеристики образцов аргиллита, насыщенных моделью пластового флюида, с сохранением трещиноватости

№ Размеры, мм Давление пластичной деформации, МПа Прочность на сжатие, МПа после распиловки после увлажнения и уплотнения Воздушно-сухой образец керна 1-1 50×50×50 –
не выполнялось – 16,7 Образцы керна, насыщенные моделью пластового флюида, с сохранением трещиноватости 2-1 49,5×49,6×49,6 46,4×46,6×46,5 2,95 2,0 2-2 49,4×49,6×49,5 46,5×46,6×46,4 3,70 2,0 2-3 49,5×49,5×49,4 46,6×46,6×46,4 4,02 2,1

Полученные данные свидетельствуют о том, что воздушно-сухие образцы керна аргиллита увлажняют моделью пластового флюида под вакуумом до полного извлечения воздуха, после чего их уплотняют на установке трёхосного сжатия до достижения упруго-пластичной стадии деформации (таблица 1).

Таким образом, заявляемый способ обеспечивает получение образцов аргиллита, насыщенных пластовым флюидом или его моделью, с сохранением трещиноватости. Это позволяет проводить исследования влияния буровых растворов на прочностные свойства аргиллитов.

Источники информации

1. Mody, F.K. Borehole-Stability Model To Couple the Mechanics and Chemistry of Drilling-Fluid/Shale Interactions / F. K. Mody, А.Н. Hale // Journal of Petroleum Technology. - 1993. - № 45. - P. 1093-1101.

2. Мосин, В.А. Устойчивость глинистых пород при бурении нефтяных и газовых скважин / В.А. Мосин. - Москва: Технологическая компания Шлюмберже, 2017. - 424 с.

3. Серебрякова О.А. Методы морских геологических исследований: учебник / О.А. Серебрякова. - Москва : Альфа-М : ИНФРА-М, 2023. - 244 с.

4. Разработка воспроизводимой методики одноосного сжатия искусственных кернов для оценки ингибирующего действия буровых растворов / Е.В. Бойков [и др.] // Реагенты и материалы для строительства, эксплуатации и ремонта нефтяных, газовых скважин: производство, свойства и опыт применения. Экологические аспекты нефтегазового комплекса: сборник матер. XX Междунар. науч.-практ. конф., 7-10 июня 2016 г. - Владимир: Аркаим, 2016. - С. 81-86.

5. Этапы развития установок по испытанию на трехосное сжатие горных пород / П.Н. Букин, М.Г. Казазян, К.В. Парфенов, Б.В. Каргин // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 2022. - №11(359). - С. 28-32. - DOI 10.33285/0130-3872-2022-11(359)-28-32

Изобретение относится к прочностным исследованиям образцов горных пород и может применяться для исследований влияния буровых растворов на прочностные свойства образцов аргиллита, содержащих в объёме пустот пластовый флюид или его модель. Способ получения образцов аргиллита заключается в том, что воздушно-сухие образцы аргиллита размером 50×50×50 мм размещают в бумажные контейнеры, помещают в эксикатор и увлажняют пластовым флюидом или его моделью под вакуумом величиной не менее 60 кПа на протяжении не менее суток. После чего их уплотняют на установке трёхосного сжатия до достижения упруго-пластичной стадии деформации. Техническим результатом является получение образцов аргиллита, насыщенных пластовым флюидом, с сохранением трещиноватости. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ получения образцов аргиллита, насыщенных пластовым флюидом или его моделью, с сохранением трещиноватости, заключающийся в том, что воздушно-сухие образцы аргиллита размером 50×50×50 мм размещают в бумажные контейнеры, помещают в эксикатор и увлажняют пластовым флюидом или его моделью под вакуумом величиной не менее 60 кПа на протяжении не менее суток, после чего их уплотняют на установке трёхосного сжатия до достижения упруго-пластичной стадии деформации.

2. Способ по п. 1, заключающийся в том, что для приготовления модели пластового флюида в дистиллированную воду вводят соли, обеспечивающие повторение химического состава пластового флюида.

3. Способ по п. 1, заключающийся в том, что бумажный контейнер для воздушно-сухого образца аргиллита на 5 мм больше по каждой из сторон по отношению к образцу аргиллита.

4. Способ по п. 1, заключающийся в том, что в качестве бумаги для бумажных контейнеров используют офисную бумагу плотностью не менее 80 г/см².