СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДОНАСЫЩЕННОСТИ ОБРАЗЦОВ ПОРОД
DETERMINATION OF ROCK WATER SATURATION

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.
0
породы
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 с, определяют калибровочную зависимость реторты и постоянный коэффициент α, универсальный для используемой реторты, а при выпаривании воды из образцов породы определяют максимальную влажность образца с, при этом водонасыщенность образца породы определяют из выражения:
где
в
S - водонасыщенность образца породы;
породы
с - измеренная максимальная влажность образца породы;
0
с - влажность в реторте без образца породы, определяемая непосредственно перед экспериментом при температуре выпаривания 140-150°С;
0
V - объем реторты с подводящими соединениями;
обр
V - объем образца горной породы;
α - постоянный коэффициент, универсальный для используемой реторты;
пор
V - объем пор образца.
0
Исходная влажность в реторте с 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.
породы
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 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
0
0
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 с - влажность воздуха в прогретой камере. с=44,52%.
3
3
в
калибр
Калибровочную зависимость реторты определяют следующим способом: в камеру реторты объемом 268 см помещают металлический имитатор образца породы объемом 170 см с керамической бюксой. В бюксу заливают заданный объем воды V. Камеру снова прогревают до температуры 140-150°С и в ней определяют максимальную влажность воздуха - с. 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:
,
калибр
где с - максимальная влажность воздуха камеры с керамической бюксой;
0
с - влажность в реторте без образца породы, определяемая непосредственно перед экспериментом при температуре выпаривания 140-150°С;
α - постоянный коэффициент, универсальный для используемой реторты;
в
V - объем воды в бюксе;
0
V - объем реторты с подводящими соединениями;
обр
V - объем образца горной породы.
0
обр
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/(V-V).
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,
обр
3
V=171,141 см,
пор
3
V=1,029 см.
породы
породы
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. Для данного образца с=84,63%.
Водонасыщенность образца породы определяют из выражения:
в
Водонасыщенность первого образца породы S=0,548 д.ед.
Пример 2.
Образец породы с неизвестной водонасыщенностью имеет параметры:
длина - 4,446 см,
диаметр - 7,03 см,
обр
3
V=172,572 см,
пор
3
V=0,837 см.
Все измерения проводят как с образцом породы 1. В результате измерений получаем:
породы
с=82.73%.
Водонасыщенность образца определяют по выражению (1):
в
S=0,632 д.ед.
Пример 3.
Образец породы с неизвестной водонасыщенностью имеет параметры:
длина - 4,460 см,
диаметр - 7,03 см,
обр
3
V=173,116 см,
пор
3
V=0,658 см.
Все измерения проводят как с образцом породы 1. В результате измерений получают:
породы
с=75.77%.
Водонасыщенность образца вычисляют по выражению (1):
в
S=0,654 д.ед.
Пример 4.
Образец породы с неизвестной водонасыщенностью имеет параметры:
длина - 4,450 см,
диаметр - 7,02 см,
обр
3
V=172,236 см,
пор
3
V=0,796 см.
Все измерения проводят как с образцом породы 1. В результате измерений получают:
породы
с=69,64%.
Водонасыщенность образца вычисляют по выражению (1):
в
S=0,439 д.ед.
Пример 5.
Образец породы с неизвестной водонасыщенностью имеет параметры:
длина - 4,450 см,
диаметр - 7,02 см,
обр
3
V=172,236 см,
пор
3
V=0,889 см.
Все измерения проводят как с образцом породы 1. В результате измерений получают:
породы
с=78,51%.
Водонасыщенность образца вычисляют по выражению (1):
в
S=0,532 д.ед.
Пример 6.
Образец породы с неизвестной водонасыщенностью имеет параметры:
длина - 4,450 см,
диаметр - 7,01 см,
обр
3
V=171,746 см,
пор
3
V=0,747 см.
Все измерения проводят как с образцом породы 1. В результате измерений получают:
породы
с=77,43%.
Водонасыщенность образца вычисляют по выражению (1):
в
S=0,615 д.ед.
Пример 7.
Образец породы с неизвестной водонасыщенностью имеет параметры:
длина - 4,480 см,
диаметр - 7,01 см,
обр
3
V=172,904 см,
пор
3
V=0,187 см.
Все измерения проводят как с образцом породы 1. В результате измерений получают:
породы
с=53,29%.
Водонасыщенность образца вычисляют по выражению (1):
в
S=0,647 д.ед.
Пример 8.
Образец породы с неизвестной водонасыщенностью имеет параметры:
длина - 4,463 см,
диаметр - 7,03 см,
обр
3
V=173,232 см,
пор
3
V=0,393 см.
Все измерения проводят как с образцом породы 1. В результате измерений получают:
породы
с=63,60%.
Водонасыщенность образца вычисляют по выражению (1):
в
S=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<sub>пор</sub>, см<sup>3</sup>
V<sub>обр</sub>, см<sup>3</sup>
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.