Способ определения пористости бурового шлама Советский патент 1983 года по МПК G01N15/08 

N оо м

00

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может .найти применение в горнодобывающей промышленности.

Известен способ определения коллекторских свойств влагонасыщенных горных пород путем нагрева в неизотермическом режиме нагревателя, регистрации интервалов, характеризующихся постоянным изменением скорости потери влаги и соответствующих выделению свободной, связанной и прочносвязанной влаги, и определения коллекторских свойств по.объемам влаги, выделенной в указанные интервалы. Этот способ предусматривает использование образцов керна правильной геометрической форг-ш, поэтому легко определить общий (видимый) объем, образца, который необходимо знать при вычислении коэффициента пористости породы l .

Однако отбор керна из пород-коллекторов, которые могут содержать нефть и газ, далеко не всегда ороводится из-за высокой .стоимости и снижения .скорости проводки скважины, а также он нередко бывает безрезультатным из-за растрескивания пористых пород и высыпания их из колонкового снаряда. Вследствие этого наиболее интересные в отношении нефтегазоносности разреза скважин бавьпот слабо охарактеризовань керновыми данными. Кроме того, наблюдается сокращение дорогостоящего отбора керна и переход к бескерновому бурению скважин. В связи с этим необходима информация о коллекторских свойствах пород, в частности об их пористости по буровому шламу, который выносится потоком промывочной жидкости с забоя скважины на дневную поверхность, может быть отобран и исследован. Им может быть охарактеризован весь разрез скважины.

Буровой шлам представляет мелкие обломки разбуриваемых пород, которые имеют неправильную геометрическую форму. Средний размер частиц шлама 2-5 мм. Из-за неправильной формы частиц шлама возникают большие трудности и погрешности в определении общего (видимого) объема. Эти погрешности непосредственно переносятся на величины пористости.

наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения пористости бурового шлама, заключающийся в отборе пробы частиц шлама заданного размерйого диапазона, насыщении частиц жидкостью и определении количества жидкости, поглощенной частицами. Отобранную фракцию промывают водой, экстрагируют в спиртобензольной смеси для удаления возможно содержа,щихся в породах воды и нефти, высушйвают до постоянного веса, затем насыщают керосином или водой (последняя применяется для неглинистых пород). Затем удаляют убыток жидкости с поверхности образца, взвешивают

и определяют пористость по разности весов насыщенного и сухого образца, отнесенной к плотности насыщающей жидкости и к его общему (видимому) объему 2 .

0 Погрешности, возникающие при

реализации данного способа,-связ.аны с отсутствием идеального метода удаления избытка жидкости с поверхности частичек шлама после взвешивания

5 исследуемой пробы в насыщенной жидкости перед взвешиванием насыщенного образца на воздухе. С образцов керна жидкость на поверхности удаляют фильтровальной бумагой. В отношении шлама такой способ неприменим-, из-за малых размеров частиц фильтровальной бумаги удаляется жидкость не только с поверхности, но и из пор породы, пористость оказывается заниженной. При одинаковом весе шлам по сравнению с керном имеет значительно большую -поверхность (в десять раз).Поэтому учет количества жидкости на поверхности частиц шлама имеет первостепенное значение.

0 Известны различные способы удаления избытка жидкости с поверхности образца шлама: естественное высушивание при комнатной температуре за определенное время, прокатывание

5 частичек на фильтровальной бумаге, на матовом стекле, встряхивание на сите и т.п. Сравнительно лучшие результаты обеспечивает прокатывание частиц на матовом стекле. ПрокатыQ вание на фильтровальной бумаге приводит к извлечению жидкости- из пор породы. Встряхивание шлама на сите дает большой избыток жидкости на поверхности частиц. Естественное вы- сушивание продолжит.ельно, например керосин с поверхности частиц испаряется за 40-50 мин, вода за 8-15 мин. Этот процесс зависит от температуры и влажности воздуха, не поддается точному контролю, дает большую пог0 решность. Прокатывание частиц шлама на матовом стекле в течейие нескольких минут позволяет удалить часть жидкости с поверхности, но не полностью. Специальными исследованиями.

5 на образцах плотных неп.ористых пород установлено, что при использовании такого способа на поверхности частиц остается в среднем 3-4 мг жидкости Скеросин, вода) на 1 г породы. Это

Q дает погретяность в измерении порис. трети не менее 1% (абс). .

Цель изобретения - повышение точности определения пористости бурового шлама.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения пористости бурового шлама, заключающемуся в отборе пробы частиц шлама заданного размерного диапазона насыщении частиц жидкостью и определении количества жидкости, поглощенной частицами, дополнительно опреде. ляют количество жидкости, находящегося на поверхности смоченных эталлонных частиц, причем .в качестве эталон ных частиц используют непористые частицы, размер которых лежит в том же диапазоне, что и ра.змер частиц . исследуемой пробы, а пористость определяют по разности количеств жидкост поглощенной пористыми частицами и находящейся на поверхности эталонных частиц.

Для учета влаги на поверхности исследуемых частиц шлама используют данные о ее количестве, полученные при нагревании шлама, смоченных ВС1ДОЙ непористых пород с аналогичными размерами частиц, формы и веса навески, что и в исследуемых пробах-.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Отобранные при бурении пробы . шлама предварительно тщательно отмываются от глинистого раствора, затем на сите с ячейками 3 мм отсеиваются мелкие частицы С нарушенной структурой порового пространства, из оставшейся части на анализ отбираются частички характерных пород в навеске не менее 1-1,5 г.

Отбор характерных пород необходим в связи с тем, что .в шламе кроме частиц выбуренных пород часто присутствуют различного рода примеси. Это и частицы пород, попадающих в буровой растЬор при образовании каверны в. стволе скважины (глины, аргиллиты, мергели), а также вещест-, . ва, добавляемые в буровой раствор Смел, гематит, барит, силикатйая крошка, графит и т.п.),

Отрбранные на анализ частицы шлама донасьпцаются водой под вакуумом для восполнения возможной потери поровой жидкости в результате разга зирования и подсыхания пород. Затем проба взвешивается в насыщающей жидкости и в воздухе, разница в весе дает возможность определить видо1мый объем образца. В дальнейшем проба шлама помещается в камеру термовесов и производится интенсивный нагрев . породы до с регистрацией изменения веса за счет испарения поверхностной, и поровой жидкости. Потеря в весе при нагревании насьпцённого водой образца позволяет оценить объем пор в породе, а разница в весе насыщенного образца в воздухе и в жидкости - объем образца. Отношение указанных объемов дает коэффициент пористости породы. Учитывается плотность поровой и насыщающей жидкости для воды она принимается равной 1 г/см.

Потеря в весе при нагревании складывается из количества жидкости в порах породы и веса насыщающей жидкости-, остающейся на поверхности частиц шлама, который необходимо учитывать и исключать, так как он значительно влияет на точность Измерения пористости шлама. По градиентам изменений веса и возникающи термоэффектам (поглощение тепла) процессы испарения поверхностной и поровой жидкости не удается разделить. Испарение поверхностной воды начинается с 20°С и продолжается в зависимости от скорости-нацрева до 200-220 с, испарение поровой жидкости происходит в интервале температур 70-.300°С, т.е. в довольно продолжительном интервале температур происходит одновременное испарение и поверхностной и поровой жидкосуи.

Для учета количества жидкости на поверхности частиц смоченного водой шлама предлагается использовать данные, полученные при исследовании образцов непористых, плотных пород (ангидрит, известняк, доломит). На перврм этапе они изготавливаются из плотных образцов керна путем дробления и отсеивания фракции от 3 до 5 мм через сита с соответствующими размерами ячеек. По форме и размеру частиц они с достаточным ггриближением имитируют буровой шлам. На полученных образцах непористого шлам устанавливается количество .поверх ностной влаги в зависимости от размера навески.

В диапазоне возможного изменения навесок исследуемого бурового шлама берется несколько различных -навесок .шлама, приготовленного из плотных пород, например от 1 до 5 г с интервалом в 0,5 г. Для проверки воспроизводимости каждая навеска дублируется . Плотный шлам помещают в воду до полного смачивания, что контрол руется по исчезновению воздушных пузырьков с поверхности частиц. После извлечения из жидкости избыток влаги с поверхности удаляется путем прокатывания на стекле. Этот способ обеспечивает получение достаточно стабильного количества поверхностной влаги. При правильном проведении операции воспроизводимость составляет не более ±1 мг на 1 г породы Другие способы, например встряхивание, дают менее стабильное количес в поверхностной влаги.. .

Увлажненный шлам взвешивается, по разности в весе по сравнению с сухим определяется количество поверхностной влаги в каждой навеске. Составл ется таблица или строится график . зависимости этого параметра от размера навески. С их помощью оценивается количество поверхностной вла для каждой конкретной навески.иссле дуемого шлама. Способ увлажнения по род (смачивание, удаление избытка влаги ) должен быть идентичным как пр работе с непористыми эталонами, так и с исследуемыми образцами. , В процессе массовых измерений пористости бурового шлама встречают ся образцы плотных пород. Из них формируется эталонная коллекция не рнстого шлама-различного литологического состава. Она и используетря на последующем этапе применения спо ба взамен коллекции, приготовленной из плотногокерна. В этом случае достигается практически полная идеи тичность эталонного и исследуемого шлама, которая обусловлена процессо разрушения пород в процессе их разбуривания. Для повышения точности измерений целесообразно ограничить не только нижний (3 мм), но-и верхний предел исследуемых частиц шпама до 5 мм, просеивая его через сито с соответствующими ячейками. Этим сужается диапазон изменения размера частиц исследуемого шлама. Кроме того, частицы более крупного размера обыч бывают представлены обвальными поро дами (глины, аргиллиты), которяле попадают в буровой раствор из образующихся в стволе скважины каверн. При массовых измерениях, когда исследуются образцы шлама пористых и непористых пород в различных навесках, данные о количестве воды на поверхности частиц непористых образцов получаются автоматически и специ альных исследований с непористыми эталонами не требуются. По данным термоанализа легко отличить пористые и непористые образцы шлама на основе характера градиентов изменения веса & также по наличию (пористые)или отсут ствию (непористые} отрицательных термоэффектов, если одновременно регистрируется и температура шлама, например в дериватографе. Предлагаемый метод определения пористости шлама по количеству поровой воды, выделившейся при нагревании породы, не требует учета плотности жидкости для водоносных и газоносных коллекторов, так как частички шлаиа таких пород бывают г(олнос.ть.ю насыщены Си донасыще ш) .во дой, плотность выделяющейся при нагревании жидкости(вода + нефть) меньше единицы, поэтому ее вес не будет точ но соответствовать объему. Требуется вносить поправку, учитываняцую количество и плотность нефти, Если требуется большая точнрсть в измерении пористости шлама, содержащего нефть, его необходимо экстрагировать в спиртобензольной смеси с последующим насыщением жидкостью под вакуумом. Когда известе.н минералогический состав исследуемых пород,- например по данным дифференциального термо анализа, не требуется проводить предварительное взвешивание образца в насыщающей жидкости. Объем минерального скелета VMC рассчитывают на основе плотности породообразующих минералов, которая известна. Так, минералогическая плотность кварца составляет 2, 65$ кальцита 2, 71, доломита 2,78 г/см . Указанные мИнералы преобладают в породах-коллекторах. Для расчета коэффициента пористости (Кц) используют формулу где V - объем поровой воды в исследу емой навеске шлама, см (.плотность воды 1 г/см). Пример. Образец, керна, пористость которого предварительно определена и составляет 12,9%, измельчают в шлам. По навеске шлама около 30 г с размерами частиц 3-5 мм определяют пористость методом насьпцения, получено значение 16,3%. Несколько частичек этой же породу, насыщенной водой, после извлечения, из жидкости прокатывают на стекле и помещают на термовесы. Начальный вес навески 0,990 г. После нагрева до за счет испарения поверхностной и поровой воды вес уменьшился до 0,936 г (вес минеральной части). Потеря в весе составляет 0,54 г, куда входит и вода на поверхности частичек породы. Для ее учета используют данные, полученные с непористыми эталонными образцами шлама, приготовленного из плотного керна, аналогичной фракции (3-5 мм). По калибровочному графику, полученному экспериментально, для указанной навески (0,990 г) содержание поверхностной воды составляет 0,004 г. Следовательно, количество поровой воды 0,050 г или-0,05см. По данным термоанализа установлено, что порода содержит 92,5% доломита и 7,5% кальцита (известковый доломит). Расчетная плотность такой породы 2,858 г/см, а объем минеральной части в исследуемой навеске0 328 см(0,936 г, . 2,858 ).Подставляя полученные значения Vji (0,050 см).и (0,328 см) S формулу,получают К fj 13,2%, Это значение отличается от пористости по керну всего на 0,3%,

10483738.

тогда как пористость по шламу, оп-го шлама производительность анализа

ределенная по методу насыщейия, навозрастает до 10 раз, появляется

3,4%.возможность производить измерения

Предлагаемый способ по сравнениюнепосредственно на месте отбора,

с известными обеспечивает следующие-T.e. на бурящейся, скважине/ обеспепреимущества: существенно повышается 5чивается возможность использования

точность измерения пористости бурово-в автоматизированных системах.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРИСТОСТИ БУРОВОГО ШЛАМА, заключающийся в отборе пробы частиц шлама заданного / размерного диапазона, насыщении частиц жидкостью и определении количества жидкости, поглощенной частицами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, дополнительно определяют количество жидкости, находящейся на поверхности смоченных эталонных частиц, причем в качестве эталонных частиц используют непористые частицы, размер каторых лежит в том же диапазоне, что и размер частиц исследуемой пробы, а пористость определяют по разности количеств- жидкости, поглощенной пористыми частицами и находящейся на поверхности зталонных частиц.