МЕТОДОМ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ

Определение остаточной водонасыщенности методом центрифугирования относиться к косвенным лабораторным методам. Для исследования допускаеться использование образцов пород, отобранных из продуктивного интервала на любой стадии разработки месторождений и при использовании в бурении скважин любых промывочных растворов.

Исследования ведутся на образцах цилиндрической формы, высверленных из куска керна в направлении параллельно напластованию породы, проэкстрагированных и высушенных в сушильном шкафу.

В основе метода лежит воздействие на образец насыщенный водой центробежными силами, возникающими при кручении образца в центрифуге. Вытеснению воды из породы препятствуют капиллярные, силы. В начале, с увеличением числа оборотов ротора центрифуги, жидкость вытесняется из крупных пор, за счет перепада давления на торцах образца, когда перепад превысит величину капиллярного давления, развиваемого в них менисками.

При дальнейшем увеличении числа оборотов центрифуги жидкость вытесняется из пор меньшего размера. С некоторого момента повышение числа оборотов ротора практически перестаёт влиять на количество оставшейся в порах воды. Эту воду и считают остаточной

Измеряя количество выделившейся жидкости как функцию числа оборотов ротора, можно построить зависимость "капиллярное давление - водонасыщенность. Опыт на центрифуге может воспроизводить вытеснение воды нефтью и газом. В центрифуге под давлением центробежных сил между фазами возникает давление (Р), равное капиллярному, значение которого определяется формулой:

Р = 4,04 Rnh (ρ₁- ρ₂), (3.4)

где: R - радиус вращения (принимается равным расстоянию от центра оси центрифуги до середины длинны образца), м;

n - число оборотив ротора центрифуги в секунду, h - длина образца, м;

ρ₁, ρ₂ - плотность воды, насыщающей образец и плотность вытесняющей фазы соответственно, (при вытеснении воздухом можно принять ρ_{2 =} О).

Необходимая аппаратура и принадлежности

Установка для насыщения образца под вакуумом, аналитические весы с разновесами, центрифуга, дистиллированная вода.

Порядок работы

Путём взвешивания определяют массу сухого образца с точностью до 0,001 г и насыщают его дистиллированной водой под вакуумом.

После насыщения взвешивают образец и определяют объем воды в породе. Керн помешается в пробирку, которая вставляется в стакан ротора центрифуги. В целях уравновешивания центрифуги в противоположный стакан помещается груз приблизительно равный массе керна.

Включив центрифугу с закрытой крышкой доводят число оборотов ротора до 500 в минуту и вращают образец с этой скоростью 5 минут.

Все работы с центрифугой производят согласно специальной инструк- ции по работе на центрифуге.

После остановки центрифуги, извлекают исследуемый образец и путём взвешивания устанавливают массу оставшейся воды в керне и текущий коэффициент водонасыщенности.

В дальнейшем вновь помешают образец в центрифугу и повторяют вра­щение образца при оборотах вращения ротора 1000, 2000, 3000, 4000, 5000 в минуту и времени вращения при этой скорости 5 минут. При этом каждый раз определяют массу оставшейся воды в керне и текущий коэффициент водонасыщенности.

Текушии коэффициент водонасыщенности определяется по формуле:

Кв = (Mn – M₁) / (M₂ –M₁), (3.5)

где: M₁ - масса сухого образца, г.;

M₂ - масса образца полностью насыщенного водой, г;

Mn - массы образца после каждого режима центрифугирования, г.

По результатам опыта строится графическая зависимость "капиллярное давление - коэффициент текущей водонасыщенности" (Рис.3.2.). По этому графику устанавливают коэффициент остаточной водонасыщенности и он равен такому значению, когда при увеличении капиллярного давления величина коэффициента водонасыщенности остаётся постоянной.

Рис.3.2. Графическая зависимость

Отбор и методы подготовки образцов горных пород.

Отбор образцов горных пород осуществляется по ГОСТ 26450.0-85 со слёдующим дополнением: представительность отбора керна из интервалов однородных пород должна составлять не менее 2 образцов на 1 метр и возрастать в зависимости от степени их неоднородности, обеспечивая представительство каждой литологической разновидности.

При изучении керна с естественным нефтеводопасыщением отбор образцов осуществляют в соответствии с требованиями методики работ и исследований герметизированного керна.

При изготовлении образцов ось цилиндров должна быть ориентирована параллельно плоскости напластования; маркировку образцов и их дальнейшую подготовку (экстракцию, отмывку, сушку и насыщение подготовленных образцов пластовой водой или ее моделью) производят в соответствии с ГОСТ 26450.1 -85.

Аппаратура и материалы;

1) четное количество (от 2 до 8) образцов горной породы цилиндрической формы стандартных размеров (диаметром и высотой 30-2 мм);

2) шкаф сушильный любой конструкции с регулируемой температурой нагрева до 1 10

3) насос вакуумный, обеспечивающий разряжение до 10‘~ мм pi ст марки ЗНВР-1Д или ему подобный:

4) эксикатор вакуумный типа ЭВ с хлористым натрием;

5) пластовая вода или ее модель;

6) центрифуга рефрижераторная типа ЦЛР-З;

7) бумага фильтровальная;

8) пинцет медицинский;

9) кристаллизатор или другая емкость для образцов и раствора:

10)герметичные центрифужные стаканы (см. рис.7);

11)песок сухой кварцевый фракции >0.25 мм или другой водоудерживающий материал;

12)дробь мелкая, свинцовая для уравновешивания стаканов;

13)весы лабораторные аналитические типа ВЛА-200, обеспечивающие точность взвешивания до 0.001 г;

14)весы технические 4-го класса типа ВЛКТ-500-м - по ГОСТ 24104-88L или им подобные, обеспечивающие точность взвешивания до 0.1 г;

14) штангенциркуль любого типа;

15)циркуль-измеритель для контроля радиуса центрифугирования (чертежный).

Описание установки.

Центрифуга рефрижераторная типа ЦЛР-З комплектуется ротором узлового типа РУ 8x90 с наклонным (под 45°) расположением гнезд и с максимальной частотой вращения ротора 6200 об/мин., а также центрифужными стаканчиками одинаковой массы. Перед началом опыта ротор центрифуги необходимо охладить с помощью специального компрессора, входящего в комплект, до температуры -10°С. т.к. при вращении с большой скоростью она сильно нагревается.

Последовательность выполнения работы.

1. Подготавливают стаканчики для центрифугирования: дно стаканчика заполняют водоудерживающим материалом (песком и т.п.), который накрывают двумя кружочками фильтровальной бумаги (см. рис.7).

2. Прожстрагированные и высушенные образцы горной породы взвешивают на аналитических весах, определяя т₀.

3. Насыщают образцы моделью пластовой воды, удаляют избыток рабочей жидкости с поверхности образца обкатыванием по увлажненной фильтровальной бумаге (3-4 слоя) и снова взвешивают на аналитических весах, определяя массу полностью водонасыщенного образца (m₁) с точностью до 0.001 г.

4. Помещают образцы в предварительно подготовленные центрифужные стаканы и герметизирую г их крышкой с пробкой.

5. Уравновешивают массы стаканчиков с образцами с точностью до 0.1 г, досыпая песок или мелкую дробь в крышку.

6. Загружают уравновешенные стаканчики с образцами в гнезда ротора центрифуги, закрывают крышки ротора и рабочей камеры центрифуги и приступают к центрифугированию. Режим центрифугирования для образцов стандартных размеров следующий: частота (скорость) вращения ротора 5000 об/мин. радиус вращения К=10.8±0.1 см: время центрифугирования на этой скорости 40 минут для образцов пород V класса и 30 минут - для образцов пород I-IV класса.

7. Включают центрифугу согласно инструкции и осуществляют равномерным набор скорости вращения в течение 5 минут, т.е. с ускорением не более 1000 об./мин Время центрифугирования отсчитывают с момента набора заданной скорости. По истечении установленного времени двигатель центрифуги автоматически отключается.

8. После остановки ротора из него извлекают стаканчики с образцами. Поочередно вынимая образны из стаканов, определяют их массу (m₂) после центрифугирования.

9. Результаты взвешивания записывают в таблицу с точностью до 0.001 г.

10. Расчет остаточной водонасыщенноста в процентах от объема пор производят по формуле:

где - масса сухого образца, г; - масса насыщенного образца до центрифугирования, г: - масса насыщенного образца после центрифугирования, г; К_ов - коэффициент остаточной волонасыщснности. %,

Форма записи результатов измерения:

	г	' г	%
г	масса насыщенного	масса насыщенного	|коэффициент
масса сухого образца	образца до	образца после	остаточной
	центрифугирования	центрифугирования	водонасыщенности

Допустимая погрешность измерения.

Погрешность измерения оценивают по данным повторных определений. Величину относительной погрешности устанавливают как разность результатов повторных определений остаточной волонасышенности ( К_ОВ - К_ОВ - К_оп3), отнесенную к средней величине К_ОВ и выражают в процентах:

Допустимая величина относительной погрешности единичного определения составляет 6.5°».

Подготовка центрифуги к работе.

1. Установить центрифугу на ровную горизонтальную поверхность и надежно заземлить.

2. Наполнить центрифугатом и разместить стаканы в роторе в диаметрально противоположных гнездах.

3. Закрыть крышку центрифуги.

4. Все тумблеры на панели управления должны быть в положении «Откл.».

5.Подключить центрифугу к источнику питания.

6.Установить тумблер сети в положение «Вкл.»,

7.Плавно и медленно повернуть ручку «Регулятор оборотов» по часовой стрелке до загорания сигнальной лампы «Сеть».

8. Включить в работу холодильный агрегат, для чего необходимо:

- тумблер «Компрессор» установит в положение «Вкл.»

- повернуть ручку «Температура-ниже-выше» в сторону «Температура-ниже» до упора, при этом загорится сигнальная лампа «Компрессор», затем поворотом ручки переключения диапазонов температур установить предел измерения температуры от +10 до +20°С.

9. Установить тумблер «Температура-измерение» в положение «Вкл.»; если температура в рабочей камере будет выше 20°С, то стрелка указателя температуры будет зашкаливать, при этом необходимо тумблер «Температура-измерение» немедленно установить в положение «Откл.». Через 5-7 мин. повторить включение. Охлаждение продолжать до нужной температуры, при этом необходимо следить за своевременным переключением ручки диапазонов измерения температурь.

Меры безопасного выполнения работы:

1.При работе с центрифугой пробирки с образцами должны быть строго уравновешены (с точностью до 0,1 г).

2. Крышка центрифуги должна быть плотно закрыта болтами но время вращения.

3. Включать центрифугу только через регулятор напряжения или стабилизатор.

4. Открывать крышку для выемки образцов можно только после полной остановки центрифуги.

Категорически запрещается:

1) работать без заземления;

2) оставлять тумблер «Температура-измерение» в положении «Вкл.» в момент подачи напряжения на центрифугу;

3) работать с разновесом диаметрально противоположных стаканов (вкладышей с пробирками, пробирок), заполненных центрифугируемым материалом, более 0,5 г.

Контрольные вопросы и задания:

1.Как подготавливают образцы для определения остаточной воды?

2.Перечислите необходимые приборы и материалы.

3.В каком порядке производится работа?

4.Какие меры безопасности должны выполняться при проведении работы?

Рис.7. Разрез центрифужного стакана.

1 - крышка, 2 - стакан, 3 - образец, 4 - прокладка из фильтровальной бумаги, 5 — песок, 6а - чехол из проволочной сетки, 6б - кольцо из резины или пластмассы, 7 - нижняя часть стакана (съемная), 8 - пробка, 9 - дробь, а) - металлический, б) - пластмассовый.

2. Практическая часть

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

Контрольные вопросы.

5. Назовите виды воды, насыщающей поровое пространство горной породы?

6. Какую воду относят к остаточной воде?

7. Какими факторами обусловлена неподвижность воды в поровом пространстве горной породы?

8. В чем заключается сущность метода центрифугирования?

Лабораторная работа 8

Определение удельного электрического сопротивления при полном насыщении образцов горных пород (электрической проводимости полностью водонасыщенных пород) . Построение зависимости параметра пористости от коэффициента пористости.

1. Теоретические основы

Удельное электрическое сопротивление (УЭС) – величина, характеризующая противодействие единицы объема вещества (1х1х1 м) прохождению электрического тока. Различают горные породы с электронной, полупроводниковой, ионной и смешанной проводимостью.

В общем случае УЭС горных пород определяется их минеральным составом, структурой токопроводящего пространства, температурой, давлением и изменяется в пределах 10^--3 – 10¹⁴ Ом∙м (от самородных металлов с электронной проводимостью до изоляторов - магматических и метаморфических пород).

Электропроводность - величина (G) обратная электрическому сопротивлению (R): G = 1/ R, (напомним, что 1 См = 1/1 Ом и 1 мСм = 0,001 Ом). Осадочные терригенные (песчано-глинистые породы) обладают ионной проводимостью. Проводимость остальных минеральных составляющих: твердой фазы, нефти и газа практически нулевая (n*10^–8 - n*10^–14 1/Омм). Основным проводящим компонентом в них является поровая вода с растворенными в ней солями.

Зависимость между УЭС ионопроводящих пород (ρ_п) и основными свойствами их имеет следующий вид:

ρ_п =а* ρ_в /Wⁿ , (7.1)

где а и n – эмпирические постоянные, определяемые структурой токопроводящего пространства; ρ_в - УЭС поровой воды, W = Vв/V = Кп*Кв – объемная влажность (водонасыщенность), Vв –объем воды в породе, V – объем породы (предполагается отсутствие закрытых пор).

Отсюда при Кв=1, для УЭС полностью водонасыщенной породы, имеем:

ρ_вп =а₀*ρ_в /Кп^m , (7.2)

где а₀ и m – эмпирические постоянные, определяемые структурой токопроводящего пространства полностью водонасыщенной породы.

Определение УЭС образцов горных пород основано на измерении электрического сопротивления (R), характеризуемого законом Ома: R = U/J, где U – падение напряжения (в вольтах) на образце при пропускании через него тока J (в амперах).

Удельное электрическое сопротивление образца породы правильной геометрической формы определяется как:

ρ_п = R_п * S/L, (7.3.)

где S - площадь сечения образца в направлении перпендикулярном пропусканию тока, L – длина образца по направлению прохождения тока.

Особенностью измерения электрического сопротивления (R) ионопроводящих пород является возникновение поляризации на границе меду электродами (металл) и образцом (поровой водой). Это приводит к возникновению дополнительного – контактного - сопротивления (R_к) в указанной области. Величина его зависит от частоты и силы питающего тока, от условий контакта металлического электрода с поверхностью образца (поровой водой).

Лабораторные исследования УЭС образцов горных пород выполняют с целью изучения характера зависимости УЭС пород от пористости, водонасыщенности, минерального состава, структуры и объема порового пространства пород, характера распределения воды в порах, от частоты и напряженности электрического поля и других свойств.

В осадочных горных породах проводящим компонентом, как правило, является вода с растворенными в ней солями, находящаяся в поровом пространстве.

Лабораторные определения УЭС образцов горных пород выполняются для решения следующих задач:

1) уточнение пределов измерения УЭС отдельных литотипов и групп пород; 2) выявление наиболее вероятных и средних значений этого свойства для литотипов пород отдельных стратиграфических подразделений, разрезов, площадей, фаций и геологических регионов; 3) установление характера зависимости УЭС пород от минерального состава, структуры и объема порового пространства, соотношения и распределения порозаполняющих флюидов, частоты и напряженности электрического поля; 4) выявления характера изменения УЭС при эпигенетическом преобразовании и метаморфизме пород.

Удельное электрическое сопротивление полностью водонасыщенной ρ_вп и частично водонасыщенной ρ_нп породы можно записать в следующем виде: ρ_вп = Р_п ρ_в (1) ρ_нп = Р_пР_нρ_в (2)

Здесь Рп - параметр пористости, характеризующий во сколько раз увеличится удельное электрическое сопротивление некоторого объема, занятого водой, при заполнении его зернами непроводящей электрический ток твердой фазы. Величина Рн - называется параметром насыщения. Она показывает во сколько раз увеличится сопротивление полностью водонасыщенной породы при замещении части воды порового пространства не проводящим ток флюидом.

Величина параметра пористости определяется объемом и геометрией порового пространства и обычно выражается эмпирической формулой

P_n = ak_n^-m, (3)

где а и m - константы, зависящие от структурных особенностей порового пространства. Величина параметра насыщения эмпирически выражается следующим образом: Р_н = ak_B^-n, (4)

где а и n - константы, характеризующие определенный класс продуктивного коллектора, к_в - текущая водонасыщенность породы (1<k_B<k_B0).

Практическая часть.

Определение удельного электрического сопротивлении при полном насыщении образцов горных порол.

Удельное электрическое сопротивление является одним из важных свойств пород-коллекторов нефти и газа. Его изучение и установление связи с коллекторскими свойствами пород позволяет по данным каротажа выделять в разрезе скважин нефтегазонасышснные пласты и определять их основные параметры, необходимые для подсчета запасов нефти и газа. Данный метод распространяется только на твердые горные породы, характер проводимости в которых не ионный.

Отбор и методы подготовки образцов горных пород.

Отбор образцов горных пород осуществляется по ГОСТ 26450.0-85 со следующим дополнением: для изучения керна с естественным нефтеводонасыщением длина образцов должна составлять в сумме не менее 25% от длины исходной пробы (куска керна) и возрастать в зависимости от степени неоднородности пород, обеспечивая представительство каждой литологической разновидности.

Используют образцы цилиндрической формы диаметром 15-25 мм, высотой 20-50 мм и образцы кубической формы с длиной ребра 20-45 мм. Оптимальные размеры образцов: высота и диаметр 30 мм, длина ребра 30 - 40 мм. При изготовлении образцов ось цилиндров должна быть ориентирована параллельно плоскости напластования. После изготовления необходимо очистить поверхность образцов от механических загрязнений при помощи щетки. Маркировку образцов и их дальнейшую подготовку (экстракцию, отмывку, сушку и насыщение пластовой водой или ее моделью) производят в соответствии с ГОСТ 26450.0-85.

Образцы насыщают моделью пластовой воды или раствором соли хлористого натрия, эквивалентным по удельному электрическому сопротивлению пластовой воды. Подготовленные и насыщенные образцы выдерживают в эксикаторе с раствором, в котором проводилось насыщение, до проведения измерений. Перед измерениями обеспечивают равенство температур образцов и насыщающего раствора с температурой в лаборатории.

Аппаратура и материалы:

Аппаратура для насыщения образцов жидкостью состоит из;

1) вакуум-насоса Комовского

2 )какого-либо сосуда (например, вакуумного эксикатора), н который помещают кювету с образцом, 3) емкости для жидкости (что позволяет вакуумировать жидкость и образец раздельно);

4) устройства для перепуска жидкости в кювету с образцами:

Рабочая жидкость не должна: вызывать набухания породы, отслаивания частиц, деформации образна, вступать с веществом породы в химическое взаимодействие, быть токсичной.

Для экстрагирования образца:

5) аппарат Сокслега.

Для измерения удельного электрического сопротивления применяются:

6) мосты цифровые типа Р-5058 или им подобные;

7) керновый зажим, обеспечивающий задаваемое усилие прижима электродов к образцу (см. рис.);

8) электроды из листовой нержавеющей стали;

9) манометр типа МТ или подобный:

10) электродные блоки (см. рис.);

11) целлофановая пленка;

12) фильтровальная бумага;

13) монтажный провод типа МГВ сечением 0,35-0,5 мм²;

14) термометр марки ТЛ-19 с пределами измерений от 10 до 35°С;

15) поверхностный резистивиметр типа ПР-1 с измерительными ячейками;

16) штангенциркуль любого типа;

17) спирт этиловый ректификованный технический.

Для взвешивания образцов:

18) аналитические весы типа ВЛР-200 или аналогичные им:

19) стаканчик с рабочей жидкостью (керосин, дистиллированная вода или модель пластовой воды);

20) подставка-мостик для стакана;

21) металлическая или капроновая нить (леска) для подвешивания образца.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: