Способ определения эффективного водородного индекса флюидов, полностью или частично насыщающих поровое пространство естественно-насыщенных образцов горных пород
METHOD FOR DETERMINING EFFECTIVE HYDROGEN INDEX OF FLUIDS THAT FULLY OR PARTIALLY SATURATE PORE SPACE OF NATURALLY SATURATED ROCK SAMPLES

Изобретение относится к способам определения свойств пластовых флюидов, а именно эффективного водородного индекса всех флюидов, одновременно находящихся в поровом пространстве образца горной породы, с последующим уточнением значения коэффициента общей пористости этих образцов.
Водородный индекс (ВИ) - это соотношение количества атомов водорода в заданном объеме исследуемого флюида к количеству атомов водорода в таком же объеме дистиллированной воды при стандартных значениях давления и температуры.
Эффективный водородный индекс (ВИ) - это соотношение количества атомов водорода в заданном объеме нескольких исследуемых флюидов к количеству атомов водорода в таком же объеме дистиллированной воды при стандартных значениях давления и температуры.
Объем флюидов, определенный с помощью метода ЯМР - ЯМР сигнал от измеряемого образца, нормированный на объем.
Объем твердой фазы, определенный с помощью газоволюметрического метода -объем, незаполненный гелием. Включает в себя как объем минерального скелета, так и объем флюидов находящихся в образце.
Известны различные способы определения водородного индекса флюидов, насыщающих поровое пространство горных пород.
В литературных источниках указываются следующие способы определения водородного индекса флюидов, насыщающих горную породу.
В книге [Kleinberg R. L., Vinegar Н. J., 1996. NMR Properties of Reservoir Fluids. The Log Analyst, 37, 6,20 - 32] указано несколько способов определения ВИ.
Gaymard and Poupon предположили, что УВ можно представить алканами, и ввели корреляционную зависимость водородного индекса от плотности УВ. Однако, как показали опыты, данное предположение является удовлетворительным только для чистого метана при больших давлениях и для чистых алканов в атмосферных условиях.
Kleinberg and Vinegar представили зависимость водородного индекса от плотности УВ, основанную на измерениях реальной нефти в атмосферных условиях.
Данные способы имеют ряд недостатков: например, первый способ не имеет ничего общего с реальными высоковязкими углеводородами и битумами. С одной стороны, зависимость не всегда соблюдается, особенно для тяжелых углеводородов, с другой стороны, в поровом пространстве горных пород содержатся не только углеводороды, но и остаточная вода, которая влияет на значение эффективного водородного индекса. Предложенные способы не позволяют определить эффективный водородный индекс остаточной воды и углеводородов, или большего количества флюидов.
В книге [Джафаров И.С., Сынгаевский П.Е., Хафизов С.Ф. 2002. Применение метода ядерного магнитного резонанса для характеристики состава и распределения пластовых флюидов, 439. Химия, Москва] описывают расчетный способ определения водородного индекса, основанный на пересчете протонной плотности по формуле:
3
где ρ - плотность г/см;
nH - число атомов водорода;
MW - молекулярный вес;
3
0,11 плотность протонов в дистиллированной воде моль/см.
К недостаткам данного способа можно отнести сложную процедуру определения величин MW и пН из-за сложного состава реальных углеводородов, особенно высоковязких углеводородов и битумов. Также данный способ не позволяет определить эффективный водородный индекс остаточной воды и углеводородов или большего количества флюидов.
В книге [Джафаров И.С., Сынгаевский П.Е., Хафизов С.Ф. 2002. Применение метода ядерного магнитного резонанса для характеристики состава и распределения пластовых флюидов, 439. Химия, Москва] приведены палетки для определения ВИ флюидов в зависимости от плотности углеводородов.
К недостаткам определения водородного индекса этим способом можно отнести следующие моменты:
Данным способом можно определить только водородный индекс углеводородов, в то время как в изучаемом разрезе может содержаться остаточная вода, тяжелые и легкие углеводороды, а также битумы, которые оказывают влияние на эффективный водородный индекс.
Для определения водородного индекса, необходимо определить плотность углеводородов. Однако, плотность углеводородов, добытых, из пластов баженовской свиты или из пластов, содержащих высоковязкие углеводороды или битумы, не всегда равна плотности углеводородов оставшихся в пласте.
В книге [Джафаров И.С., Сынгаевский П.Е., Хафизов С.Ф. 2002. Применение метода ядерного магнитного резонанса для характеристики состава и распределения пластовых флюидов, 439. Химия, Москва] приведен способ определения ВИ флюида, основанный на сравнении амплитуды сигнала ЯМР от исследуемого флюида и дистиллированной воды, следующим образом.
f
d
где A и A - измеренные амплитуды ЯМР-сигнала исследуемого флюида и дистиллированной воды соответственно;
f
d
V и V - объемы исследуемого флюида и дистиллированной воды соответственно;
Данный способ имеет недостатки, аналогичные предыдущим способам определения водородного индекса, а именно:
Данным способом можно определить по отдельности водородный индекс углеводородов и остаточной воды и рассчитать эффективное значение водородного индекса остаточной воды и углеводородов, или можно смешать пробу модели пластовой воды и пробу углеводорода и измерить эффективный водородный индекс. Но для расчета и измерения необходимо знать, сколько остаточной воды и сколько углеводородов содержится в исследуемом пласте, что представляет собой дополнительные затраты на проведение дополнительных экспериментов.
Для определения водородного индекса, необходима проба углеводородов. Однако, состав углеводородов, добытых, из пластов баженовской свиты или пластов, содержащих высоковязкие углеводороды или битумы, не всегда идентичен составу углеводородов, оставшихся в пласте. Соответственно водородные индексы добытых углеводородов, и оставшихся в пласте, будут отличаться.
2
Известны различные способы получения информации об объеме порового пространства в породе, заполненного углеводородами на коллекции, керна нетрадиционного резервуара юрской высокоуглеродистой формации [RU 2681801 С1, МПК G01N33/24, G01N1/28, Е21В 49/00, опубл. 12.03.2019.] Способ определения объема порового пространства заключается в том, что находящиеся в поровом пространстве углеводороды делятся на группы по степени связности и подвижности, и поэтапно определяется массовая доля углеводородов каждой группы. Для определения полного объема порового пространства вычисляют линейные ресурсы нефти и газа (q [т/м]) для каждой группы, а затем их суммируют.
У данного способа есть недостатки.
Способ пригоден лишь для резервуара юрской высокоуглеродистой формации, соответственно невозможно определить емкостные свойства пород других высокоуглеродистых формаций, пород, содержащих в поровом пространстве высоковязкие углеводороды, битумы и/или высокоминерализованные пластовые воды. Данным способом можно получить информацию о поровом пространстве только в массовых долях, что не позволяет произвести подсчет запасов объемным методом. В данном способе не определяется и не учитывается объем воды в капиллярах и объем воды, сорбированной на поверхности глинистых минералов. Без учета объема воды, невозможно достоверно определить коэффициент общей пористости.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является способ определения эффективного водородного индекса одновременно всех флюидов, находящихся в поровом пространстве исследуемого естественно-насыщенного образца, полностью или частично насыщенного одним или несколькими флюидами, при проведении лабораторных измерений методом ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), или исследуемого интервала горной породы при проведении ядерно-магнитного каротажа (ЯМК).
Технический результат: получение эффективного значения водородного индекса одновременно всех флюидов, содержащихся в поровом пространстве изучаемых образцов. Возможность уточнения значения коэффициента общей пористости, полученного на естественно-насыщенных, естественно-насыщенных с донасыщением флюидом, образцах методом ЯМР в лабораторных условиях, и уточнения значения коэффициента общей пористости, полученного при помощи ядерно-магнитного каротажа непосредственно в исследуемом интервале пласта. Уточнение коэффициента общей пористости производят с помощью деления значения коэффициента общей пористости, полученной методом ядерно-магнитного резонанса, на значение эффективного водородного индекса.
i
i
i
Указанный технический результат достигается тем, что способ определения эффективного водородного индекса флюидов полностью или частично насыщающих поровое пространство естественно-насыщенных образцов горных пород, характеризуется следующей последовательностью действий: отбирают несколько естественно-насыщенных образцов горной породы, относящиеся к одному пласту, таким образом, чтобы на одно место взятия приходилось 2 образца, образцы из первой группы дробят и выделяют кусочки размером более 3 мм, на каждой отобранной пробе дробленой породы проводят определение объема твердой фазы Vтв.ф.1i с помощью гелиевого порозиметра, определяют кажущийся объем поровых флюидов Vф.к.1; методом ЯМР (при ВИ=1), помещают дробленую пробу в подготовленные стаканчики из фильтровальной бумаги, стаканчики с пробой помещают в аппараты Сокслета для очистки образцов методом экстрагирования в спиртобензольной смеси (или других растворителях и их смесях), после окончания экстракции стаканчики с пробой сушат, при необходимости обессоливают в дистиллированной воде и повторно сушат, при температуре 105°С, определяют объем твердой фазы Vтв.ф.2 с помощью гелиевого порозиметра, определяют кажущийся объем поровых флюидов методом ЯМР Vф.к.2 (при ВИ=1), рассчитывают истинный объем флюидов, занимавших поровое пространство по математической зависимости
затем рассчитывают кажущийся объем флюидов (при ВИ=1), занимавших поровое пространство по математической зависимости
рассчитывают эффективный водородный индекс флюидов находящихся в порах естественно-насыщенных образцов по математической зависимости
где n - число исследуемых проб дробленой горной породы,
каж.при е.н.
далее на образцах из второй группы производят определение кажущегося коэффициента пористости методом ЯМР (при ВИ=1) при естественной насыщенности Кп, истинный коэффициент пористости рассчитывают по математической зависимости
100каж
фл.нас
затем образцы помещают под слой флюида (керосин, модель пластовой воды или др.) и выдерживают их под вакуумом до прекращения выделения пузырьков воздуха, затем образцы помещают в сатуратор, где их выдерживают в течение минимум 2 часов с избыточным делением в 15МПа, производят определение кажущегося коэффициента общей пористости по ЯМР при 100% заполнении порового пространства флюидами Кп, определяют водородный индекс флюида, которым насыщали образцы ВИ, рассчитывают эффективный водородный индекс всех флюидов, находящихся в поровом пространстве для образцов в естественно-насыщенном состоянии с донасыщением флюидом по математической зависимости
ист.е.н.
_
где V истинный объем флюидов при естественном насыщении (определяется методом ЯМР с учетом поправки за водородный индекс), мл
Эфф.е.н
ВИ - эффективный водородный индекс флюидов при естественном насыщении
фл.нас.
-
V истинный объем флюида, зашедшего в образец, определяется как отношение разности масс в воздухе после и перед насыщением к плотности флюида, мл
фл.нас
ВИ - водородный индекс флюида, которым донасыщали образец до 100% заполнения всех пор флюидами.
ест.нас+фл.нас.
_
V суммарный истинный объем всех флюидов находящихся в поровом пространстве образца, мл.
далее рассчитывают истинный коэффициент общей пористости образцов, донасыщенных керосином по математической зависимости
Сущность изобретения заключается в том, что из центральной части выбуренного по изолирующей технологии, или запарафинированного на скважине, керна, отбирают несколько естественно-насыщенных образцов горной породы, относящиеся к одному пласту, таким образом, чтобы на одно место взятия приходилось 2 образца.
Один из двух образов дробят и выделяют кусочки размером более Змм.
i
На каждой отобранной пробе дробленой породы проводят определение объема твердой фазы Vтв.ф1 с помощью гелиевого порозиметра.
i
Определяют кажущийся объем поровых флюидов Vф.к.1 методом ЯМР (при ВИ=1).
Помещают дробленую пробу в подготовленные стаканчики из фильтровальной бумаги. Стаканчики с пробой помещают в аппараты Сокслета для очистки образцов методом экстрагирования в спиртобензольной смеси (или других растворителях и их смесях).
После окончания экстракции стаканчики с пробой сушат, при необходимости обессоливают в дистиллированной воде и повторно сушат.
i
На очищенной от углеводородов, обессоленной и высушенной при температуре 105°С пробе снова определяют объем твердой фазы Vтв.ф.2.
i
Затем определяют кажущийся объем поровых флюидов методом ЯМР Vф.к.2 (при ВИ=1).
Определяют истинный объем флюидов, занимавших поровое пространство по формуле
Определяют кажущийся объем флюидов (при ВИ=1), занимавших поровое пространство по формуле
Эффективный водородный индекс флюидов находящихся в порах естественно-насыщенных образцов определяют по формуле:
Где n - число исследуемых проб дробленой горной породы.
каж.прие.н.
На втором цилиндрическом образце производят определение кажущегося коэффициента пористости методом ЯМР (при ВИ=1) при естественной насыщенности Кп- А истинный коэффициент пористости определяют по формуле:
Для определения коэффициента общей пористости методом ЯМР необходимо 100% заполнение порового пространства флюидами. В этом случае исследуемые естественно-насыщенные образцы помещают под слой флюида (керосин, модель пластовой воды или др.), которым необходимо насытить образцы до 100% заполнения порового пространства. Выдерживают под слоем флюида под вакуумом до прекращения выделения пузырьков воздуха, затем образцы помещают в сатуратор, где их выдерживают в течение минимум 2 часов с избыточным делением в 15МПа.
100каж
фл.нас.
После того, как исследуемые образцы насытили флюидом, производят определение кажущегося коэффициента общей пористости по ЯМР при 100% заполнении порового пространства флюидами Кп. В этом случае происходит изменение количества и состава флюидов в поровом пространстве образцов и соответственно изменение эффективного водородного индекса. Чтобы правильно определить эффективный водородный индекс всех флюидов, находящихся в поровом пространстве, включая, флюид, которым насытили образцы, необходимо сначала определить водородный индекс флюида, которым насыщали образцы ВИЧтобы его определить, можно воспользоваться способом, основанным на сравнении амплитуды сигнала ЯМР от исследуемого флюида и дистиллированной воды [Джафаров И.С, Сынгаевский П.Е., Хафизов С.Ф. 2002. Применение метода ядерного магнитного резонанса для характеристики состава и распределения пластовых флюидов, 439. Химия, Москва]. Тогда эффективный водородный индекс всех флюидов, находящихся в поровом пространстве для образцов в естественно-насыщенном состоянии с донасыщением флюидом, будет рассчитываться по формуле:
ист.е.н.
_
Где V истинный объем флюидов при естественном насыщении (определяется методом ЯМР с учетом поправки за водородный индекс), мл
эфф.е.н
ВИ - эффективный водородный индекс флюидов при естественном насыщении
фл.нас.
_
V истинный объем флюида, зашедшего в образец, определяется как отношение разности масс в воздухе после и перед насыщением к плотности флюида, мл
фл.нас
ВИ - водородный индекс флюида, которым донасыщали образец до 100% заполнения всех пор флюидами.
ест.нас.+фл.нас.
V- суммарный истинный объем всех флюидов находящихся в поровом пространстве образца, мл.
Таким образом, истинный коэффициент общей пористости образцов, донасыщенных керосином, который следует учитывать при подсчете запасов объемным методом, рассчитывают по формуле, аналогичной формуле 8:
Преимущество этого способа перед другими заключается в том, что определяют эффективный водородный индекс одновременно всех флюидов, заполняющих поровое пространство естественно-насыщенных образцов, состав исследуемых флюидов соответствует составу флюидов в местах залегания. Не требуется отдельное определение водородного индекса каждого флюида, заполняющего поровое пространство, с последующим расчетом эффективного значения.
Особенностью заявленного изобретения является то, что данный способ не зависит от формы исходного образца и не требует проведения дополнительных измерений фильтрационно-емкостных свойств.
Практически способ применяют следующим образом.
Заявленное изобретение опробовано на естественно-насыщенных образцах керна, отобранных из скважины 3462-Ем-Еговского месторождения.
Объектом исследования в скважине 3462 Ем-Еговского месторождения являются образцы в естественно-насыщенном состоянии и в естественно-насыщенном состоянии с донасыщением керосином, отобранные из отложений баженовской и абалакской свит.В основном образцы керна представлены глинисто-кремневой породой и кремнево-глинистой породой.
0
1
Для определения коэффициента общей пористости в лабораторных условиях методом ЯМР отбирают 14 образцов: 7 образцов из пласта ЮК и 7 образцов из пласта ЮК из естественно-насыщенного керна, выбуренного по изолирующей технологии. Для предотвращения испарения флюидов из отобранных образцов, их обворачивают в 2 слоя пищевой пленки и помещают в бюксы. Перед началом ЯМР измерений определяют геометрические размеры образцов и массу в воздухе (Таблица 1, столбцы 4,5,6) при естественном насыщении. Затем на образцах определяют кажущейся коэффициент пористости при естественном насыщении методом ЯМР (Таблица 1, столбец 7) с помощью ЯМР-анализатора Хроматэк-Протон 20М производства ЗАО "СКБ Хроматэк" и ООО НПП "ГЕФЕС". Помещают образцы под слой керосина (водородный индекс керосина ВИкер=0.95) и выдерживают под вакуумом до прекращения выделения пузырьков воздуха. Затем образцы выдерживают в сатураторе при избыточном давлении 15МПа в течение 2 часов. После насыщения керосином до 100% заполнения порового пространства флюидами, производят взвешивание образца в воздухе (Таблица 1, столбец 8) и определяют кажущийся коэффициент общей пористости при 100% заполнении порового пространства флюидами методом ЯМР (Таблица 1, столбец 9).
Для определения эффективного водородного индекса отбирают 14 образцов дублеров с аналогичным местом взятия и составом образца. Образцы дробят и просеивают на ситах с диаметром ячейки <3 мм, обворачивают в 2 слоя пищевой пленки и помещают в бюксы для предотвращения испарения влаги. На каждом естественно-насыщенном образце дробленой пробы определяют объем Vф.к.1 флюидов, насыщающих поровое пространство естественно-насыщенных образцов дробленой пробы, методом ЯМР (Таб. 2, столбец 5). Затем, производят измерение объема твердой фазы Vтв.ф.1 с помощью гелиевого порозиметра UltraPore-300 производства CoreLab Instruments (Таб. 2, столбец 4).
Помещают естественно-насыщенные образцы дробленой пробы в подготовленные стаканчики из фильтровальной бумаги. Стаканчики с пробой помещают в аппараты Сокслета для очистки образцов методом экстрагирования в хлороформе и выдерживают их таким образом, 14 дней. После очистки от углеводородов, образцы сушат при 105°С в сушильном шкафу до постоянной массы.
Определяют объем поровых флюидов Vф.к.2 методом ЯМР (Таб. 2, столбец 7) и объем твердой фазы Vтв.ф.2 с помощью гелиевого порозиметра (Таб. 2, столбец 6) после очистки от углеводородов и сушки.
По формуле 5 рассчитывают истинный объем флюидов, занимавших поровое пространство образцов дробленой пробы при естественном насыщении (Таб. 2, столбец 8). По формуле 6 рассчитывают кажущийся объем флюидов, занимавших поровое пространство образцов дробленой пробы при естественном насыщении (Таб. 2, столбец 9). По формуле 7 рассчитывают эффективный водородный индекс поровых флюидов для каждого пласта (Таб. 2, столбец 10).
0
1
После определения значения эффективного водородного индекса флюидов для пластов ЮК и ЮК с помощью формулы 8 рассчитывают истинный коэффициент пористости для образцов, измеренных методом ЯМР, при естественном насыщении (Таб. 3, столбец 4). Значение эффективного водородного индекса флюидов, насыщающих поровое пространство донасыщенных керосином образцов, определяют по формуле 9. Для этого сначала определяют истинный объем флюидов для каждого естественно-насыщенного образца (Таб. 3, столбец 5) по формуле:
ист.е.н.
Где V - истинный объем флюидов при естественном насыщении, мл
ист.при е.н.
Кп - истинный коэффициент пористости при естественном насыщении, %
(Истинный коэффициент пористости при естественном насыщении - истинный объем флюидов, определенный методом ЯМР, приведенный к долям пористости).
Затем определяют истинный объем флюида - керосина (Таб. 3, столбец 6), зашедшего в образцы при насыщении, по формуле:
1
Где M - масса естественно-насыщенного образца, г
2
М - масса естественно-насыщенного образца с донасыщением керосином, г 0,788 - плотность керосина, г/мл.
Результаты определения эффективного водородного индекса всех флюидов, заполняющих поровое пространство образцов донасыщенных керосином, представлены в Таблице 3 в столбце 7. Истинный коэффициент общей пористости для образцов, донасыщенных керосином рассчитывают по формуле 10 (Таб. 3, столбец 8).
Таким образом, с помощью данного изобретения уточняют результаты лабораторного определения коэффициента общей пористости естественно-насыщенных образцов донасыщенных керосином.