МОДЕЛИРОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ОСТАТОЧНОЙ

ВОДОНАСЫЩЕННОСТИ МЕТОДОМ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ

(Определение водоудерживающей способности пород)

1. Теоретические основы

Остаточной водонасыщенностью называется величина, характеризующая степень заполнения порового пространства породы водой, оставшейся в ней в полностью сформированной залежи углеводородов и не извлекаемой из породы в процессе при эксплуатации этой залежи. Величина остаточной водонасыщенности характеризуется коэффициентом остаточного водонасыщенности К_во.

Она определяется структурно-текстурными характеристиками горной породы и физическими силами, действующими на границе твердой фазы с водной и углеводородной компонентами жидкой фазы породы. В частности, содержание остаточной воды зависит от характера смачиваемости поверхности твердой фазы, величины коэффициента поверхностного натяжения на границе твердой фазы с водой и воды с углеводородами. Величина остаточной водонасыщенности может быть определена по данным прямых измерений её в керне, отобранном с сохранением пластового флюидонасыщения. (С определенными ограничениями это обеспечивается при отборе керна с использованием в процессе бурения растворов на углеводородной (нефтяной) основе РУО (РНО), либо при отборе керна с помощью специальных технологий: консервирующей, герметизирующей.)

Остальные лабораторные методы предназначены для моделирования остаточной водонасыщенности. Среди них по степени достоверности выделяют следующие методы:

- капиллярометрии (полупроницаемой мембраны);

- центрифугирования;

- влагоемких сред или капиллярной вытяжки;

- сушки;

- ядерного-магнитного резонанса и др.

Метод капиллярометрии рассматривается как наиболее достоверный, отражающий процесс формирования залежи, однако, он весьма трудоемкий (длительный). По сравнению с ним метод центрифугирования является экспрессным, что определяет его широкое практическое использование. Недостатком метода является необходимость подбирать режим центрифугирования, обеспечивающий приближение к величине Кво, что не всегда возможно. Поэтому предлагается проведение моделирования некой водонасыщенности пород при использовании установленного стандартного режима центрифугирования. Определяемая таким образом водонасыщенность пород отражает способность их удерживать воду при заданных стандартных условиях её вытеснения. Эта величина получила название водоудерживающая способность или коэффициент водоудерживающей способности Квс. В частном случае Кво = Квс.

Классификация видов воды в поровом пространстве пород приведена на рисунке 6.1. В ней выделяется следующие виды воды: гравитационно-подвижная, т.е. перемещаемая под действием сил гравитации; капиллярно-удерживаемая вода и физически связанная вода. Кроме этих видов воды в породах присутствует вода химически связанная, т.е. входящая в состав минералов. Эта вода подразделяется на кристаллизационную (обычно присутствующую в виде молекул n*Н₂О) и конституционную (обычно присутствующую в виде гидроксила ОН^–или иона Н^–). Граница между водой «твердой фазы» и «поровой» обеспечивается, условно, при высушивании пород при температуре 105 °С. (Для загипсованных пород, СаSO*6*Н₂О, во избежание перехода гипса в ангидрит температура сушки снижается до 60 °С; аналогично для опала (Si₂O₃*n*Н₂О) – температура перехода его в кварц составляет °С).

Вода, заполняющая поровое пространство пород

Гравитационно- Капиллярно - Физически связанная

Подвижная удерживаемая (вода ДЭС)

Мегапор и сверхка- Капилляров, субкапил- Рыхло- Прочно-

Пилляров ляров (менисковая, связанная связанная

(крупных пор и углов пор, (диффузной - (адсорбцион-

Каверн ) осмотическая, части ДЭС) ной части

Пленочная) ДЭС)

Рис. 6.1. Классификация видов воды в породе.

Капиллярно-удерживаемая вода находится в породе под действием капиллярных сил. По классификации Карцева А.А. к ней относится капиллярная, стыковая и лиосорбционная (пленочная). Выделяемая им сорбционно-замкнутая вода идентифицируется как вода крупных пор и отличается от выделенной нами гравитационно-подвижной воды. Часть капиллярно-удерживаемой воды подвижна и может быть вытеснена под действием перепадов давлений наблюдаемых в естественных условиях в пластовой жидкости. Вода пленочная, осмотическая и углов пор в этих же условиях неподвижна. Капиллярно-удерживаемая вода характерна для поровых каналов диаметром от 0,1-0,2 мм и меньше. По своим свойствам капиллярно-удерживаемая вода близка к свободной. В порах она удерживается капиллярным давлением:

р_к=2σ*cosθ/r, (6.1)

где σ – поверхностное натяжение на границе воды и воздуха (углеводородов); r – радиус капилляра; θ – угол смачивания.

Под физически связанной водой понимают воду, находящуюся в области действия двойного электрического слоя (ДЭС); она входит в объем пленочной воды.

Прочносвязанная вода формируется ближними к поверхности частиц молекулами воды, рыхлосвязанная – дальними. Прочносвязанная вода удерживается на поверхности твердой фазы породы с силой (давлением) до 1000 Мпа, не передает гидростатического давления, удаляется при температуре > 105 ^oC. Удаленная от твердой фазы часть рыхлосвязанной воды способна передавать перепады давления (подвижна) и удаляется при температуре <105^oC.

Остаточная вода включает в себя, пленочную воду, воду тонких капилляров (субкапилляров), углов пор и осмотическую. Свойства физически связанной воды отличаются от свойств воды в объеме, т.е. от свойств остальных видов воды.

На рисунке 6.2. приведена классификация видов воды в породах по А.А. Карцеву.

Рис. 8. Виды воды в горных породах (по А. А. Карцеву).

Сорбционно-замкнутая и капиллярная воды в модели А.А. Карцева могут рассматриваться как воды пор и связывающих их поровых каналов (в модели Элланского М.М.)

Одним из способов моделирования остаточной водонасыщенности является метод центрифугирования, который заключается в вытеснении воды из образцов горных пород под действием перепадов давления (р_к) создаваемым центробежными силами.

В основе метода центрифугирования лежит получение перепадов давления на границе двух фаз в коротких образцах. Гравитационный потенциал, развиваемый при центрифугировании, перемещает жидкость в образце и изменяется от нуля на условно принятом верхнем торце образца до максимума на нижнем. Дифференциальное уравнение, описывающее это изменение, имеет следующий вид:

(6.2)

где - изменение гравитационного потенциала в образце на расстоянии dl, w - угловая скорость вращения; - разность плотности вытесняемой водной фазы и вытесняющей фазы (воздух, нефть и т.д.); R—радиус вращения образца (до его верхней границы); l—расстояние от верхнего конца образца до выделяемого элемента dl (рис. 6.1).

6 7 8

Рис. 6.1 Схема центрифугирования образцов.

Обозначения: 1 – уплотнительное кольцо; 2 – стакан; 3 – элемент dl образца; 4 перфорированное основание; 5 – вытесненная вода; 6 –ось вращения центрифуги; 7- фрагмент ротора центрифуги, 8 - корпус ячейки.

Интегрируя выражение (6.2), получаем уравнение, связывающее гравитационный потенциал с расстоянием вдоль образца керна длиной L

. (6.3.)

Если структура порового пространства и геометрические размеры образца постоянны по его длине, то средневзвешенный по объему гравитационный потенциал задается уравнением

. (6.4.)

Рассчитанный таким образом средневзвешенный потенциал обеспечивает вытеснение воды из образца, т.е. он должен быть равен среднему капиллярному давлению, развиваемому в каналах образца

. (6.5)

Если выразить угловую скорость через число п оборотов в 1 мин, плотность d (кг/м³) и длины R и L (м), то следующее уравнение позволяет получить капиллярное давление (МПа):

. (6.6.)

Экспрессный характер и достаточная воспроизводимость результатов способствовали тому, что метод центрифугирования нашел широкое применение в практике исследований коллекторов нефти и газа.

3. Практическая часть

Задание:Определить водоудерживающую способность образцов методом центрифугирования (моделирование остаточной водонасыщенности.

3.1. Приборы, оборудование, материалы соответствуют перечню, указанному в лабораторной работе 3, со следующими дополнениями:

a) Центрифуга с крестообразным (число оборотов не менее 3000 об/мин) или угловым (число оборотов не менее 6000 об/мин) ротором и таймером

b) Центрифужные стаканчики.

c) Часы (при отсутствии таймера в центрифуге).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: