СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДОНАСЫЩЕННОСТИ КЕРНА
METHOD FOR DETERMINING CORE WATER SATURATION

Изобретение относится к области нефтехимической промышленности и может быть использовано в промысловых и научно-исследовательских лабораториях для разработки технологий увеличения нефтеотдачи пластов и при отсчете запасов нефти, оперативном контроле за разработкой нефтяных месторождений.
Известно использование для определения водонасыщенности керна методом выпаривания, который включает в себя выпаривание воды из образца в герметичной камере с холодильником. Пары воды конденсируются в холодильнике, а сконденсированная вода собирается в мерную бюретку, вес или заполненный объем которой дают информацию о степени водонасыщенности керна (Поляков Е.А. Методика изучения физических свойств коллекторов нефти и газа. - М.: Недра, 1981. - С.116). Данный метод не позволяет параллельно с измерением водонасыщенности керна производить определение фазовых проницаемостей при фильтрации воды и нефти.
Известен способ определения удельного электрического сопротивления твердых горных пород постоянному току (ГОСТ 25494-82. «ПОРОДЫ ГОРНЫЕ. Метод определения удельного электрического сопротивления»). Способ устанавливает методику определения удельного электрического сопротивления постоянному току для оценки состояния массивов горных пород и элементов горных выработок. Сущность метода заключается в определении величины электрического сопротивления образца горных пород постоянному току через 3 с после наведения в нем поля при двухэлектродной схеме измерений с охранным электродом и расчета по этим данным удельного электрического сопротивления ρ для образцов горных пород. Метод рекомендуется использовать также для проведения геофизических исследований, в том числе - для определения водонасыщенности кернового материала. Недостатком метода является то, что гальванический контакт между электродами и пластовой жидкостью, содержащейся в керне, приводит к возникновению электродной поляризации и связанных с ней ошибок измерений. Материал электродов также оказывает сильное влияние на характер поляризации и результаты измерений. Метод распространяется на твердые горные породы, он имеет преимущества при скоростных массовых определениях удельного электрического сопротивления горных пород, однако за счет влияния поляризации обеспечивает невысокую точность (до 40% от среднего значения).
Наиболее близким по технической сущности является способ определения водонасыщенности керна, включающий приготовление эталонного образца из керна, экстракцию и высушивание эталонного образца, моделирование пластовых условий в эталонном образце керна, фильтрацию минерализованной воды через эталонный образец керна и последовательное измерение в процессе фильтрации промежуточных значений тока, проходящего через эталонный образец при подаче на него переменного напряжения, построении калибровочной зависимости амплитуды электрического сигнала от водонасыщенности эталонного образца керна, по которой определяют водонасыщенность исследуемого образца керна [ОСТ 39-235-89. Нефть. Метод определения фазовых проницаемостей в лабораторных условиях при совместной стационарной фильтрации]. Измерения тока проводятся на частоте 0,5-2 кГц.
Недостатком способа является высокая погрешность, обусловленная необходимостью использования при его реализации контактирующих с образцом электродов и, вследствие этого, влияние степени прижима электрического контакта к поверхности керна на величину полезного сигнала. Кроме того, дополнительная погрешность возникает из-за влияния низкочастотной поляризации, имеющей место при этих частотах (0,5-2 кГц).
Задачей изобретения является создание достаточно простого способа определения водонасыщенности керна, обладающего повышенной точностью. Еще одной задачей изобретения является расширение области применения разрабатываемого способа.
Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений и упрощение процесса определения водонасыщенности керна с одновременным расширением области применения разрабатываемого способа.
Технический результат достигается тем, что в способе определения водонасыщенности керна, включающем приготовление эталонного образца из керна, экстракцию и высушивание эталонного образца, моделирование пластовых условий в эталонном образце керна, фильтрацию минерализованной воды через эталонный образец керна и последовательное измерение в процессе фильтрации промежуточных значений тока, проходящего через эталонный образец при подаче на него неременного напряжения, построении калибровочной зависимости амплитуды электрического сигнала от водонасыщенности эталонного образца керна, по которой определяют водонасыщенность исследуемого образца керна, отличающийся тем, что дополнительно, согласно изобретению, перед измерениями керн изолируют тонкой диэлектрической оболочкой и помещают между электродами емкостной измерительной ячейки, а значения тока, проходящего через образец при различных значениях водонасыщенности (от 0 до 100%), определяют методом бесконтактной высокочастотной кондуктометрии, например методом нелинейного неуравновешенного моста, питаемого высокочастотным напряжением с частотой 2-10 МГц.
По сравнению с прототипом, заявленный способ имеет отличительную особенность в совокупности действий и параметров, обеспечивающих эти действия.
На рисунках 1-2 представлены чертежи устройства, реализующего предлагаемый способ определения водонасыщенности керна. На рисунке 1 представлена емкостная бесконтактная ячейка для определения водонасыщенности керна. На рисунке цифрами обозначены: 1, 2 - электроды емкостной ячейки; 3 - диэлектрическая оболочка; 4 - керновый материал. Исследуемый керн 4 заключен в диэлектрическую оболочку 3, поверх которой расположены полуцилиндрические электроды 1 и 2, имеющие одинаковую площадь.
В качестве устройства для реализации предлагаемого способа определения водонасыщенности керна используется высокочастотный кондуктометрический мост, электрическая схема которого изображена на рисунке 2. Ячейка для измерения электрической проводимости жидкости (С - ячейка) включается в состав моста. Мост запитывается от генератора высокой частоты Гн, регистрация тока рассогласования моста производится по постоянному току с помощью микроамперметра µА. Особенности работы схемы моста описаны в [Заринский В.А., Ермаков В.И. Высокочастотный химический анализ. - М.: Наука, 1970. - 200 с.].
Способ определения влагосодержания в керновом материале реализуется на установке следующим образом. Исследуемый эталонный керн подвергается экстракции и последующему высушиванию образца, после чего он изолируется тонкой диэлектрической оболочкой и помещается в описанную ячейку для определения водонасыщенности керна. Ячейка для измерения электрической проводимости керна включается в состав моста. Измерение влагосодержания в эталонном образце керна проводится методом неуравновешенного моста. Дозированное увлажнение эталонного керна изменяет его влагосодержание от 0 до 100%, при этом изменяется значение полного сопротивления измерительной ячейки и увеличивается сигнал рассогласования моста, который регистрируется с помощью чувствительного измерительного прибора - микроамперметра µА. По полученным результатам проводится построение калибровочной зависимости амплитуды электрического сигнала от водонасыщенности эталонного образца керна, по которой определяют водонасыщенность исследуемого образца керна.
Для анализа степени водонасыщенности кернового материала нами использован метод высокочастотной кондуктометрии. Кондуктометрия - это совокупность электрофизических методов анализа, основанных на измерении электропроводности растворов. Методы кондуктометрии делятся на контактные методы переменного тока низкой частоты и бесконтактные методы переменного тока высокой частоты. Нами использован бесконтактный кондуктометрический метод переменного тока высокой частоты.
На рисунке 3 представлено семейство зависимостей выходного сигнала кондуктометрического моста по постоянному току (ток рассогласования моста) от частоты генератора питающего напряжения. В качестве параметра у каждой кривой указано влагосодержание в мл воды на 100 г кернового материала. Графики снимались при фиксированном значении выходного напряжения высокочастотного генератора.
На рисунке 4 представлено семейство градуировочных зависимостей выходного сигнала кондуктометра по постоянному току (току рассогласования моста) от влагосодержания (на 100 г кернового материала), снятое при четырех значениях визированных частот генератора высокой частоты. Графики построены по данным рисунка 3, при этом «0» каждого графика определялся для каждой кривой по нулевому влагосодержанию керна (нижняя кривая рисунка 3).
Проведенные исследования показали, что с помощью представленного метода можно быстро и с достаточной степенью точности измерять общее влагосодержание в керновом материале, а по значению тока и виду токовой кривой определять форму связи влаги с материалом, при этом предлагаемый способ может быть использован для проведения оперативных измерений влагосодержания в полевых и лабораторных условиях.
Преимуществами предлагаемого способа определения водонасыщенности керна являются повышение точности и измерений с одновременным расширением области применения устройства.
Повышение точности измерений водонасыщенности керна достигается за счет того, что при реализации метода отсутствует гальванический контакт между электродами и исследуемым раствором, который вызывает возникновение сложных электрохимических явлений электродной поляризации и сопровождается значительными погрешностями при измерениях. Точность измерений повышается примерно с 15% до 7%. Точность измерений при реализации метода достигается еще и за счет того, что перед измерениями керн изолируют тонкой диэлектрической оболочкой. Профессор Ф.И. Котяхов отмечал, что вследствие длительности экспериментов неизбежны значительные потери поровой воды за счет испарения [Котяхов Ф. И. Физика нефтяных и газовых коллекторов. - М.: Недра, 1977. - 287 с.]. Если эту операцию изоляции производить сразу после подъема керна на поверхность, тогда можно предотвратить потери поровой воды от испарения и дополнительно повысить точность измерений.
Расширение области применения достигается за счет того, что предлагаемый способ не требует сложного оборудования и вполне может быть использован в полевых условиях.
Полученные зависимости выходного сигнала кондуктометрического моста от водонасыщенности эталонного образца керна позволяют по измеренному значению разбаланса первоначально уравновешенного моста I определять значение водонасыщенности W для образцов керна с неизвестными характеристиками.
При этом также обеспечивается быстрота определения водонасыщенности керна за счет высокой скорости проведения измерений.
Предлагаемый способ может найти применение в практике заводских лабораторий химических и нефтеперерабатывающих предприятий, в лабораториях нефтебаз, а также в лабораториях научно-исследовательских организаций.