Построение дифференциальной кривой распределения пор по размерам в образце горных пород по методу центрифугирования

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Построение кривых капиллярного давления и характера распределения пор по размерам используя данные центрифугирования. Ознакомление с методикой проведения эксперимента и лабораторным оборудованием. Классификация образца горной породы по размеру пустотного пространства. Определение среднего диаметра пустот в образце.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ: Наиболее важной характеристикой структуры порового пространства является диаметр поровых каналов и распределение поровых каналов по размерам. Поровое пространство коллекторов сложено порами различного размера и характер распределения их по размерам определяет множество других важных свойств, как например, динамическую пористость, абсолютную и фазовую проницаемости, величину остаточной водонасыщенности, капиллярные явления, величину удельной поверхности и т.д. Если следовать Шейдеггеру, то диаметр поры в любой точке порового пространства есть диаметр наибольшей сферы, которая содержит данную точку и остается целиком внутри пространства поры. Поскольку на практике для определения структуры порового пространства чаще используют капиллярные свойства пород, то, отражая физическую сущность этих свойств, применяют понятие эквивалентности порового пространства породы некоторой, специально выбранной, трубчатой капиллярной модели. Под диаметром канала понимается в этом случае диаметр капилляра, эквивалентного по своим свойствам данному поровому каналу. По предложению Ф.И. Котяхова средневзвешенный радиус пор реальных пористых сред можно определить, как:

(4)

 

где: k – коэффициент абсолютной проницаемости, мкм²; j - структурный коэффициент, характеризующий отличительные особенности строения порового пространства реальных коллекторов; m_о – коэффициент открытой пористости.

Структурный коэффициент для зернистых горных пород можно приблизительно определить по эмпирической формуле:

(5)

Размеры поровых каналов изменяются в очень широких пределах:

- субкапиллярные, где диаметры пор < 0.2 мкм;

- капиллярные, с диаметрами 0.2 – 500 мкм;

- сверхкапиллярные, с диаметрами > 500 мкм;

Поэтому вводится понятие «функция распределения пор по размерам» с помощью, которой легче характеризовать сложную геометрию поровых каналов пород-коллекторов и спрогнозировать характер фильтрации жидкости в коллекторе. Измерения показывают, что радиусы пор, по которым в основном происходит движение жидкостей, находятся в пределах 5-30 мкм. Используя известное соотношение Лапласа для цилиндрического капилляра можно найти его радиус:

(6)

где: – капиллярное давление на границе двух фаз, направленное от смачивающей к не смачивающей; s - поверхностное натяжение на границе несмешивающихся фаз, например, для системы вода – керосин 48.3 мН/м при 20 град.С, 46.3 мН/м при 25 град.С, керосин – воздух 43 мН/м, водный 4-х нормальный раствор NaCI – воздух 72 мН/м, NaCI – керосин 28.5 мН/м, ртуть – воздух 480 мН/м; вода – бензин 48 мН/м при 20 град.С, глицерин – воздух 70.4 мН/м; q - угол смачивания для ртути – 140⁰, для жидкостей – 45⁰, R – радиус капилляра.

Если пористое вещество, насыщенное смачивающей фазой, подвергается в центрифуге действию силового поля, причем не смачивающая фаза не смешивается со смачивающей, то капиллярное давление можно вычислить по формуле для центробежных сил, как:

(7) (8)

где: n – число оборотов ротора в мин; Н – длина образца в м; R _ц – расстояние от центра вращения до масс образца в м; r_ж и r_воз – плотности жидкости и воздуха, r_воз = 1.293 кг/м³. Формула связывает гравитационный потенциал, возникающий при вращении образца в центрифуге, с расстоянием вдоль образца керна. Вытеснение жидкости из керна начинается лишь тогда, когда гравитационный потенциал в данной точке превысит капиллярное давление в самых крупных порах, т.е. вытеснение жидкости будет происходить из пор с радиусом:

(9)

При дальнейшем увеличении частоты вращения ротора центрифуги происходит рост центробежных сил и, как следствие этого, в процесс вытеснения включаются поры с меньшими радиусами.

Результаты опытов обычно изображают в виде дифференциальных кривых распределения пор по размерам, где по оси абсцисс откладываются радиусы пор, а по оси ординат – изменения объема пор, приходящиеся на единицу изменения их радиуса, . Большим преимуществом центробежного метода является быстрота операций.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ: Установка состоит из лабораторной центрифуги типа РС-6 периодического действия, рефрижераторной, стационарной с частотой вращения вала до 6000 1/мин, с угловым ротором и специальными стаканами для керна рис.4.5.5. Электрическая схема установки позволяет плавно регулировать обороты ротора в диапазоне от 500 до 6000 об/мин, термостатировать объем рабочей камеры в пределах от 0 до +30 град.С, создавать электромагнитное торможение ротора в течение 8 мин с автоматическим отключением привода.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Определить массу предварительно экстрагированного и высушенного при 102¸105 град. С образца с точностью до 0.01 г.

2. Произвести насыщение образца под вакуумом моделью пластовой воды, предварительно определив ареометром ее плотность, в течение 10 минут.

3. Взвесить насыщенной водой образец в воздухе.

4. Насыщенный жидкостью образец поместить в специальный стакан;

5. С помощью технических весов уравновесить стаканы кусочками оргстекла.

6. Установить уравновешенные стаканы в противоположные отверстия ротора.

7. Плотно закрыть крышку рабочей камеры, включить «сеть» и нажать на кнопку «пуск».

8. Установить время опыта 5¸10 мин. /на каждый режим работы/ и частоту вращения ротора. Диапазон изменения частоты вращения: 500, 1400 и 2500 об/мин. Нажать на кнопку «пуск». Время вращения выбрать следующим образом: для n = 500 об/мин – 10 мин, для остальных – 5-10 мин;

9. После остановки ротора осторожно извлечь стаканы, вынуть керн и взвесить его с точностью до 0.01 г, данные записать в таблицу 4.5.3. При этом необходимо держать стаканы с керном в вертикальном положении во избежание попадания на торец керна вытесненной жидкости;

10. Опыт повторить для трех режимов вращения ротора;

11. Обработать данные опытов. Повторить кривую капиллярного давления в координатах Р_к – S_в и кривую распределения пор по размерам.

Таблица 4.5.3