Определение карбонатности горных пород

С ПОМОЩЬЮ КАРБОНАТОМЕРА КМ –04 М.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Определение коэффициента карбонатности образца горной породы с помощью прибора Карбонатомер КМ-04 М.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ: Карбонатомер КМ-04 М (рис. 4.2.3) позволяет определять массовое содержание кальцита и доломита в измельченном образце горной породе.

Рис. 4.2.3. Карбонатомер КМ-04М.

Измельченный образец карбонатной породы массой не более 1000 мг и размером частиц не более 0,063 мм засыпают в контейнер, устанавливают контейнер в реакционную камеру и после свинчивания подают в нее поршневым дозатором дозированный объем водного раствора соляной кислоты. При поступлении раствора кислоты в реакционную камеру происходит сжатие воздуха, что приводит к ступенчатому увеличению давления и включению привода магнитной мешалки. В процессе перемешивания за счет взаимодействия карбонатных веществ с соляной кислотой происходит выделение двуокиси углерода, образующейся по следующим реакциям:

Для кальцита

CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + CO₂ + H₂O (11)

Для доломита

CaMg(CO₃)₂ + 4HCl = CaCl₂ + Mg Cl₂ + 2CO₂ + 2H₂O (12)

 

Увеличение давления в реакционной камере происходит пропорционально объему выделяемого газа, зависящему от массового содержания карбонатных минералов в образце. Различие в скорости протекания реакции взаимодействия кальцита и доломита с соляной кислотой позволяет по измеренным значениям давления и калибровочным данным рассчитывать массовое содержание карбонатных веществ в исследуемой породе. Контроль температуры обеспечивает корректировку изменения давления, связанного с влиянием температуры.

ОПИСАНИЕ ПРИБОРА: Прибор содержит электронный блок, реакционную камеру с датчиком температуры, магнитную мешалку, емкость для кислоты, компрессор КЛМ-1 и монтажный корпус, в котором установлен датчик давления, пневмопоршневой дозатор и клапан сброса давления. Компрессор подключается к электронному блоку и сообщается через блок электромагнитных клапанов с реакционной камерой при проверке герметичности и с пневмопоршневым дозатором – при отборе и подаче кислоты.

 

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ:

1. Измельченный образец карбонатной породы, массой не более 1000 мг и размером частиц не более 0,063 мм, засыпать на дно сухого контейнера, не оставляя остатков порошка на подложке и стенке контейнера.

2. Поместить на дно контейнера магнитный якорь.

3. Свинтить стакан контейнера с реакционной камерой.

4. Выбрать в меню альтернативу Тест и нажать клавишу Enter.

5. Включить компрессор и отрегулировать ручкой дросселя плавное повышение давления в реакционной камере до величины 1,5…1,8 атм.

6. После завершения теста и выпуска воздуха в атмосферу, нажать клавишу Enter для выхода в главное меню.

7. Извлечь из емкости для кислоты резиновую пробку и заполнить емкость 6 % -ным водным раствором соляной кислоты. Торец трубки забора кислоты после закрытия емкости пробкой должен находиться на расстоянии около 10 мм от дна емкости.

8. Для отбора кислоты плавным движением переместить ручку дозатора из верхнего положения вниз.

9. Выбрать в меню альтернативу Старт и нажать клавишу Enter.

10. Придерживая карбонатомер рукой, быстрым движением переместить ручку дозатора вверх. Убедиться в появлении экрана, отображающего контролируемые параметры.

11. После окончания измерения (20-25 минут) выдается результат расчета содержания кальцита, доломита и нерастворимого остатка в процентах от массы образца.

12. После завершения измерений необходимо нажать клавишу Enter для перехода в меню.

13. Вывинтить стакан из реакционной камеры, извлечь контейнер, аккуратно слить раствор в емкость для слива кислоты. Промыть водой и тщательно вытереть контейнер и якорь.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Дать определение карбонатности горных пород.

2. С какой целью определяют карбонатность горных пород в нефтепромысловом деле.

3. По какому принципу определяется процентное содержание кальцита и доломита на приборе КМ-04М.

4. Какие породы и минералы могут входить в состав нерастворимого в кислоте остатка?

5. Оценить дополнительный объем и длину пустот, полученных при СКО (солянокислотной обработке) при линейной фильтрации, если исходная (открытая) пористость образца составляет 15%, истинная плотность горной породы 2,6 г /см³, карбонатность породы – 40%. Расчетный объем закачиваемой кислоты – 1 м³ на 1м перфорации в скважине.

 

4.3. Пористость

Под пористостью горной породы понимают наличие в ней пустот в виде пор, не заполненных твердым веществом. Количественно пористость характеризуется коэффициентом пористости (m), который равен отношению объема пор (Vпор) к объему образца (Vобр):

m = . (1)

Поскольку поры бывают открытые, т.е. сообщающиеся, и закрытые (изолированные), то для пород-коллекторов различают соответственно открытую и закрытую пористости. Открытая пористость характеризует объем сообщающихся (открытых) пор (V_по) и количественно оценивается коэффициентом открытой пористости(m^отк):

. (2)

Аналогично определяется закрытая пористость.

Сумма открытой и закрытой пористостей – это полная пористость. Полная пористость (m^полн) включает в себя абсолютно все поры (V_пор) горной породы (открытые и закрытые) независимо от их формы и взаимного расположения и количественно оценивается коэффициентом полной пористости:

. (3)

Продолжим последнюю формулу:

. (4)

Помимо открытой, закрытой и полной пористостей выделяются еще эффективная и динамическая пористости. Эффективная пористость характеризует объем сообщающихся пор, занятых углеводородным флюидом (V_пэ) Коэффициент эффективной пористости ():

, (5)

где Кв – водонасыщенность, равная отношению объема воды (Vв) в порах к объему пор: Кв=Vв/Vпор; в зоне предельного нефтенасыщения водонасыщенностьравна остаточной Ков: Ков=Vов/Vпор, где Vов – объем остаточной воды.

Динамическая пористость характеризует тот объем сообщающихся пор (V_пд), по которым происходит процесс фильтрации флюидов. Два последних параметра – эффективная и динамическая пористости - являются разновидностями открытой пористости. Коэффициент динамической пористости (m^дин):

, (6)

где: К_он – остаточная нефтенасыщенность, Кон = Vн/Vпор.

Между видами пористости существует следующее соотношение:

m^полн ≥ m^отк ≥ m^эфф ≥ m^дин. (7)

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ОТКРЫТОЙ ПОРИСТОСТИ

ПО МЕТОДУ ПРЕОБРАЖЕНСКОГО

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Определение коэффициента открытой пористости по методу Преображенского путем насыщения образца горной породы жидкостью.

Одним из наиболее распространенных методов определения открытой пористости является метод Преображенского. Сущность метода заключается в определении пустотного пространства образца (по разности масс сухого и насыщенного жидкостью образца), его внешнего объема (по разности масс насыщенного жидкостью образца в воздухе и в насыщающей жидкости) и вычисления коэффициента пористости путем деления первого объема на второй.

ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ: Весы PG-203, установка для вакуумирования и насыщения образцов горных пород.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:

1. Взвесить экстрагированный и высушенный образец горной породы на весах с точностью 0.001 г, данные записать в таблицу 4.3.1.

2. Замерить с помощью штангенциркуля геометрические размеры образца керна (диаметр – (D_обр)и высоту – (L_обр).

3. Определить кажущуюся плотность породы.

4. Определить плотность жидкости с помощью жидкостного ареометра (рис. 4.3.1), для этого залить жидкость в цилиндр (1) и, осторожно придерживая, опустить ареометр (2) в жидкость. Определить плотность жидкости по шкале ареометра.

1 – стеклянный цилиндр; 2 – ареометр.

Рис. 4.3.1. Схема измерения плотности жидкости с помощью ареометра.

5. Залить в бункер (4) водный раствор NaCl и установить образцы горной породы на подставку (7) таким образом, чтобы подставка находилась над поверхностью жидкости, закрыть крышкой, включить ВН.

Насыщение проводится в три этапа: раздельное вакуумирование образцов и жидкости насыщения в течение 15 мин; капиллярная пропитка керна, погруженного в жидкость на 2-3 мм в течение 10-15 мин; вакуумирование при полном погружении керна в жидкость с помощью металлического штока (8) в течение 30 мин.

6. После насыщения образцы горной породы освободить от избытка жидкости фильтровальной бумагой до матового блеска.

7. Взвесить образцы горной породы в жидкости на весах PG-203.

8. Полученные данные записать в таблицу 4.3.1.

Таблица 4.3.1

Определение коэффициента открытой пористости по методу Преображенского

№ пп	Наименование величин	Обозна- чение	Ед. измерения	Образец керна Ивановой	Образец керна Петрова
	Масса сухого образца	m1	г
	Масса насыщенного образца взвешенного: - в воздухе	m2	г
	- в жидкости	m3	г
	Плотность жидкости	ρж	г /см^3
	Кажущаяся плотность породы	ρгп	г /см^3
	Объем образца: а) по геометрическим обмерам	V обр	см^3
	б) используя закон Архимеда	V обр	см^3
	Объем сообщающихся пор	Vпо	см^3
	Коэффициент пористости:	m^отк	%

 

Средняя плотность породы:

песчаник пористый – 2.15 г /см³,

песчаник плотный – 2.48 г /см³,

известняк пористый – 2.20,

известняк плотный – 2.525 г /см³.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ:

Пусть m₁ – масса проэкстрагированного и высушенного образца пористой среды, г; m ₂ - масса насыщенного жидкостью образца в воздухе, г; m ₃ – масса образца, насыщенного жидкостью и взвешенного в этой же жидкости, г.

Объем открытых пор определяется объемом рабочей жидкости (керосин, вода, водный раствор соли), вошедшей в поровое пространство образца при насыщении его под вакуумом:

V_по = , (8)

Объем образца определяется взвешиванием насыщенного жидкостью образца в той же жидкости и в воздухе:

V_обр = . (9)

и открытая пористость вычисляется по формуле:

. (10)

1. Определение коэффициента открытой пористости двумя способами:

а) по данным взвешиваний по формуле (10).

б) по данным геометрических размеров образца по формуле (2),

где = . (11)

2. Определить значение объемов пор, твердой фазы и коэффициент полной пористости образца, если принять, что значение истинной плотности горных пород изменяется в интервале от 2100 до 2700 к г /см³.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Охарактеризуйте коэффициент открытой пористости.

2. Охарактеризуйте коэффициент полной пористости.

3. Охарактеризуйте коэффициент эффективной и динамической пористости.

4. На каком принципе основано измерение пористости способом Преображенского.

5. Охарактеризуйте процесс насыщения образцов керна под вакуумом.

6. Какой коэффициент пористости используется для подсчета запасов нефти и газа объемным методом.

7. Какие емкостные свойства горных пород кроме пористости Вы знаете.

 

Проницаемость

Проницаемостью называется средневзвешанная площадь пор горных пород, через которые фильтруются флюиды или газ при создании градиента давления. Для характеристики проницаемости пород нефтесодержащих пластов введены понятия абсолютной, фазовой и относительной проницаемостей.

Под абсолютной принято понимать проницаемость пористой среды, которая определена при движении в ней лишь одной какой-либо фазы (газа или однородной жидкости), химически инертной по отношению к породе при наличии в поровом пространстве только одной этой фазы. Абсолютная проницаемость зависит только от физических свойств породы.

Фазовой () (эффективной) называется проницаемость пород для данного газа или жидкости при наличии или движении в порах многофазных систем. Величина ее зависит не только от физических свойств пород, но также от степени насыщенности порового про­странства жидкостями или газом и от их физико-химических свойств.

Относительной проницаемостью () пористой среды называется отно­шение фазовой (эффективной) проницаемости этой среды для данной фазы к абсолютной.

Физический смысл проницаемости - площадь поперечного сечения фильтрующих каналов и пустот в г/п. Для оценки проницаемости горных пород обычно пользуются линейным законом фильтрации Дарси, по которому скорость фильтрации жидкости в пористой среде прямо пропорциональна перепаду давления и обратно пропорциональна динамической вязкости жидкости и длине пористой среды:

(1)

где: Q – объемный расход жидкости в единицу времени; m - динамическая вязкость жидкости; n - скорость фильтрации жидкости через пористую среду; F – площадь фильтрации; D p – перепад давления; L – длина пористой среды; k – коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом проницаемости, который из (1) равен:

(2)

Размерность параметров уравнения Дарси в разных системах измерения единиц указана в таблице 4.4.1.

Таблица 4.4.1