Физика нефтяного и газового пласта

ФИЗИКА НЕФТЯНОГО И ГАЗОВОГО ПЛАСТА

Методические указания

для лабораторных работ студентов всех форм обучения специальности 130503 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»

 

Ответственный секретарь РИС _________________ Ярышкина С.Ф.            (подпись)  «___»_____________2011г.	Председатель учебно-методической комиссии ИГиН _____________Харитонова Т.А.        (подпись)  «___»_____________2011 г.
Подписи и контактные телефоны авторов _________________ Коротенко В.А             (подпись)  «___»_____________2011 г. тел. +79068252545	Зав. Кафедрой Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений   _____________Грачев С.И.        (подпись)  «___»_____________2011 г. Протокол № 10 от 09.06.2011 г.
_________________Вольф А.А.        (подпись)  «___»_____________2011 г. тел. +79048763076
_________________ Новоселов Д.В..                       (подпись)  «___»_____________2011 г. тел. +79199242430
_________________ Фоминых О.В.             (подпись)  «___»_____________2011 г. тел. +79222635003
_________________ Сабитов Р.Р.        (подпись)  «___»_____________2011 г. тел. +79123821819

 

 

Тюмень

ТюмГНГУ

2011

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

Институт геологии и нефтегазодобычи

Кафедра «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»

 

ФИЗИКА НЕФТЯНОГО И ГАЗОВОГО ПЛАСТА

Методические указания

для лабораторных работ студентов всех форм обучения специальности 130503 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений»

 

Тюмень 2011 г.
Утверждено редакционно-издательским советом

Тюменского государственного нефтегазового университета

 

 

Составители: доцент, к.т.н.                                  В.А. Коротенко

доцент, к.ф.-м.н.                              А.А. Вольф

                   ассистент                                          Д.В. Новоселов

зав. лаб.                            О.В. Фоминых

              ассистент                                              Р.Р. Сабитов

 

 

© государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет» 2011 г.

Методические указания предназначены студентам специальности 130503 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» очной и заочной форм обучения, помогут сформировать практические навыки по дисциплине «Физика нефтяного и газового пласта»: изучение гранулометрического состава, капиллярного давления и механических свойств образцов керна на установках: CENT-635, AutoLab-500.

 

 

Введение

Свойства горных пород и пластовых флюидов предопределяют выбор рациональной технологии разработки залежей нефти и газа. Высокая достоверность определения параметров пластов может быть обеспечена только на основе изучения широкого круга физических свойств (электрических, акустических, коллекторских) продуктивных пород. Указанные свойства изучаются на образцах керна. Свойства пород предварительно определяются в атмосферных условиях, а затем наиболее информативные из них (пористость, проницаемость, водо-, нефте-, газонасыщенность, удельное сопротивление, скорость продольных и поперечных волн и др.) устанавливаются на тех же образцах в термобарических условиях, моделирующих пластовые.

В данных методических указаниях приводятся описание установок CENT-635, AutoLab – 500. Методика исследований образцов керна на этих установках. Методические указания предназначены для студентов нефтяных вузов и факультетов.

Лабораторная работа № 1

Определение гранулометрического состава пород
методом ситового анализа

Цель: изучить процесс ситового анализа, построить гистограммы распределения.

Задачи: научить студентов работать на установке по определению гранулометрического состава пород методом ситового анализа.

Порядок проведения работ

1. Для проведения ситового анализа необходима навеска образца массой 50 г хорошо проэкстрагированного и высушенного до постоянной массы при температуре 107 ⁰С. Подготовка образца включает его экстрагирование, сушку, размельчение в щековых дробилках и повторную сушку до постоянной массы.

2. Необходимо собрать набор из 5 сит, размером ячеек от 2 до 0,63 мм включительно и установить их на вибростол, в верхнее сито (размер ячейки 2 мм) высыпать 50 г навески образца горной породы, закрыть собранные сита крышкой и закрепить на вибростоле.

3. Включить вибростол и одновременно засечь время. По истечении 15 мин выключить вибростол, снять крепления и аккуратно разобрать сита, начиная с верхнего.

4. Начиная с верхнего сита ссыпать остатки породы в стаканчик для взвешивания и взвесить на электронных весах (рис. 1.4). Записать полученную массу и размер гранул в соответствующие графы таблицы 1.1. При этом в сите с размером ячейки в 2 мм останется порода с размером гранул более 2 мм, в сите с размером 1 мм, останется порода с размером грунул от 2 до 1 мм, и т.д.

5. С нижней чаши, установленной после последнего сита ссыпать породу в стаканчик для дальнейшего анализа.

6. Собрать сита с размером ячеек от 0,5 до 0,2 мм. Повторить пункты 2-5.

7. Собрать сита с размером ячеек от 0,14 до 0,05 мм. Повторить пункты 2-5. После проведения последнего просеивания в чаше останутся гранулу с диаметром менее 0,05 мм.

8. Разобрать все сита и почистить их металлической щеткой.

9. Сложить массу всех полученных фракций. Отклонение от массы первоначальной навески не должно превышать 1-3 %.

10. Построить гистограмму распределения гранулометрического состава (рис. 1.4) и функцию распределения.

Таблица 1.1

Результаты гранулометрического анализа

Ед. изм	Фракционный состав												Итого
мм	>2	2-1	1-0,7	0,7-0,63	0,63-0,5	0,5-0,315	0,135-0,25	0,25-0,2	0,2-0,14	0,14-0,125	0,125-0,1	<0,05
г	0	1	2	3	4	22	11	3	2	0,5	1	0,5	50
%	0	2	4	6	8	44	22	6	4	1	2	1	100

Рис. 1.4 Гистограмма распределения гранулометрического состава

Контрольные вопросы

1. Что такое гранулометрический состав?

2. Какие существуют методы изучения гранулометрического состава?

3. Как проводится ситовый анализ?

4. Сколько времени проводится просеивание?

5. Какие результаты получаются в результате ситового анализа?

6. Как построить гистограмму?

7. Чему соответствует пик гистограммы?

Лабораторная работа № 2

Порядок проведения работ

1. Подготовьте образец горной породы вне системы. Произведите насыщение образца моделью пластовой воды (восстановленные условия – вне системы CENT-635). Храните образцы под уровнем насыщающего флюида. Насыщение образцов необходимо выполнить в сатураторе.

2. Переберите и отчистите необходимые компоненты восьмиместного ротора и камер.

3. Наберите небольшое количество воды в приемную колбу для того, чтобы мениск находился в просмотровом окне металлического корпуса (дополнительно, если известно, что больше чем несколько десятых частей см³ флюида будут вытеснены из образца в течение теста).

4. Если перед началом теста вода не была введены в колбы, то перейдите к пункту 9.

5. Установите верхнюю крышку в камеру без образца горной породы и взвесьте все в сборе. Соотнесите все противоположные друг другу камеры по массе и поместите все в сборе в ротор.

6. Раскрутите ротор с камерами с водой в трубках до скорости 1000 оборотов в минуту, определите и запишите объемы воды для каждой камеры.

7. Увеличьте скорость до максимальной скорости, которая используется в тесте. Следите за утечками из камер.

8. Через нескольких минут, если нет никаких утечек, остановите центрифугу и откройте дверцу.

9. Загрузите подобранные по весу образцы в противоположные камеры, установите на место крышки и винт в каждой камере. Убедитесь, что измерили и сделали запись массы насыщенного образца до его установки в камеру.

10. Вытрите все излишки жидкости с камер.

11. После загрузки второго образца в камеру взвесьте обе камеры и соотнесите их массы до +/-0.01 г.

12. Установите загруженные и соотнесенные по массе камеры в ротор в прямо противоположные друг другу позиции.

13. Установите оставшиеся камеры в ротор в той же последовательности, которая описана выше в пунктах с 1 по 12.

14. После загрузки необходимых камер в ротор, закройте дверцу центрифуги.

15. Запустите центрифугу на скорости вращения приблизительно 1000 оборотов в минуту или меньше, если необходимо.

16ю. Следите за утечками из камер или другими нарушениями. Если отсутствуют утечки и какие-либо нарушения, то увеличьте скорость вращения ротора центрифуги до максимальной скорости, необходимой для данного процесса вытеснения.

17. Запишите время начала теста.

18. Каждые 10 минут следите за выделением жидкости при помощи цифрового стробоскопа.

19. Записывайте выделившийся объем и время.

20. После того, как уровень вытесненной жидкости не изменяется в течение трех 10 минутных интервалов, определите объем воды в стеклянной колбе и запишите его. После чего тест считается завершенным.

21. После завершения теста остановите центрифугу, извлеките образцы горных пород, взвесьте образцы и оберните их в фольгу и SaranTM для временного хранения.

22. Используйте записанные данные для построения кривых капиллярного давления.

23. Рассчитать капиллярные давления для каждого образца по формуле 2.2.

24. После окончания режима центрифугирования образец взвешивают и определяют массу m_п1. Рассчитывается объем открытых пор образцов по формуле (3):

                                         (2.3)

где, m _п – масса насыщенного образца перед началом исследования, г; m _с – масса сухого образца, г; ρ_в  - плотность насыщающего флюида, г/см³.

25. Определяется объем отжатой из образцов воды V_в.1 при первом режиме

                                         (2.4)

и ее долю К_в.1 в поровом пространстве

                                         (2.5)

26. Расчеты повторяются после окончания каждого последующего режима центрифугирования.

                                    (2.6)

27. По результатам полученных исследований строятся графики трех видов:

1) капиллярные кривые, где по одной оси откладываются значения капиллярного давления, действующего на образец на каждом конкретном режиме центрифугирования, а на другой - соответствующие им значения водонасыщенности;

2) графики распределения радиусов поровых каналов по размерам, в которых на оси абсцисс указываются значения радиусов, а на оси ординат их содержание в общем объеме порового пространства исследуемого образца;

3) графики показывающие долевое участие пор различного радиуса в процессе фильтрации жидкости через породу.

Расчет долевого участия пор в фильтрации может быть выполнен с использованием формулы Пурцела:

                                (2.7)

где DS - изменение насыщенности на участке от Pк_i до Рк_i+1

Все значения проницаемостей суммируются и принимаются равным 100%. Далее рассчитывается долевое участие поровых каналов определенного радиуса в процессе фильтрации. Необходимо заметить, что если поровые каналы определенного радиуса составляют в общем объеме менее 5%, то они не образуют самостоятельного фильтрующего кластера.

Контрольные вопросы

1. Что такое капиллярное давление? В чем измеряется? Как определяется?

2. Для чего проводится изучение структуры порового пространства?

3. В чем заключается принцип центрифугирования?

4. По каким зависимостям проводится расчет долевого участия пор в фильтрации?

5. Как рассчитать объем открытых пор?

 

 

Лабораторная работа № 3

На установке AutoLab -500

Цель: измерение скорости прохождения продольных и поперечных волн для расчета модуля Юнга и коэффициента Пуассона.

Задачи: научить студентов работать на установке AutoLab-500для определения акустических свойств горных пород.

Порядок проведения работ

Для проведения измерений используются:

- ультразвуковая измерительная система AutoLab500 фирмы New England Researcy, Inc.;

- штангенциркуль, цена деления 0.05 мм, по ГОСТ 1.66-80;

- модель пластовой воды, приготовленная по ГОСТ 26450.0-85 Породы горные «Методы определения коллекторских свойств».

Измерения выполняются при нормальных условиях, по ГОСТ 15150-69.

Перед началом измерений должены иметь конкретную программу исследований зависимостей скоростей распространения продольных и поперечных волн от давления, в которой указано:

- горное давление;

- поровое давление;

- минерализация и состав солей пластовой воды.

Образцы породы правильной цилиндрической формы и модель пластового флюида для испытания готовят по ГОСТ 26450.0-85 – 26450.2-85, при этом по каждому образцу должны быть определены следующие физические параметры:

- линейные размеры образца (длина, диаметр);

- минералогическая и объемная плотности;

- пористость;

- абсолютная проницаемость.

На установке AutoLab500 используется кернодержатель погружного типа (рис.3.1) для образцов диаметром 30 мм, при этом длина образца может изменяться от 15 до 80 мм.

Рис. 3.1 Кернодержатель

Включить установку AutoLab500, переключением тумблера в положение «On» (рис. 3.2), и персональный компьютер в сеть питания, дать прогреться электронным приборам, проверить исправность приборов согласно руководству по их эксплуатации.

Рис. 3.2 Клавиши включения системы

Надеть на подготовленный, насыщенный пластовым флюидом, образец манжету из полимерного материала или резины диаметром равным диаметру образца. Манжета должна быть длиннее образца приблизительно на 20 мм. Поместить образец между двумя торцами кернодержателя и прикрутить при помощи хомутов либо проволоки (рис. 3.3).

Рис. 3.3 – Манжета кернодержателя

Аккуратно опустить кернодержатель в специальный стальной корпус (рис. 3.4), предварительно заполненный трансформаторным маслом до метки, высеченной на внутренней поверхности корпуса и затем закрутить до упора, чтобы трубопровод от системы создания порового давления совпал с входной трубкой кернодержателя.

Рис. 3.4 – Стальной корпус

Залить в емкость (рис. 3.5), расположенный в верхней части лицевой панели установки модель пластовой жидкости. Затем, для удаления воздуха из соединительных трубопроводов, поворачивая ручку против часовой стрелки, открыть оба вентиля на этой панели (верхний вентиль – Vent (рис. 3.6), нижний вентиль - Sample On/Off (рис. 3.7)) относящиеся к системе создания порового давления Pore Pressure. Дождаться момента появления жидкости из трубопровода от системы создания порового давления закрыть верхний вентиль Vent (рис. 3.5), а затем прикрутить трубопровод к входной трубке кернодержателя.

Рис. 3.5 – Емкость для модели пластовой воды

Рис. 3.6 – Вентиль регулирования подачи порового давления

Рис. 3.7 – Вентиль включения порового давления

Внимание: на установке AutoLab 500 используются новейшие соединения типа металл-металл. Поэтому закручивать все соединения следует не сильно, во избежание их деформации и как следствие выхода из строя!!!

Убедиться, что оба ручных насоса, которые создают горное (рис. 3.8) и поровое давление (рис. 3.9) находятся в рабочем положении – поршни находятся в нижнем положении и полностью заполнены трансформаторным маслом. Для приведения поршня в нижнее рабочее положение необходимо повернуть ручной переключатель, расположенный в нижней части насоса в сторону Down и при помощи ручного рычага (поочередно опуская и поднимая его вниз-вверх) опустить поршень. Затем добавить трансформаторное масло в заливное отверстие, расположенное в верхней части насоса. И переключить ручной переключатель обратно в сторону Up.

Рис. 3.8 Насос горного давления

Рис. 3.9 Насос порового давления

Удалить воздух из системы создания горного давления. Для этого, поворачивая ручку против часовой стрелки, открыть оба вентиля (верхний вентиль – Vent (рис. 3.10), нижний вентиль - Vessel On/Off (рис. 3.11)) относящиеся к системе создания горного давления Confining Pressure. Затем повернуть ручной переключатель, расположенный в нижней части насоса в сторону Up и при помощи ручного рычага (поочередно опуская и поднимая его вниз-вверх) немного поднять поршень пока весь воздух не выйдет, о чем можно визуально наблюдать по отсутствию пузырьков воздуха в пластиковой полупрозрачной трубке расположенной за лицевой панелью установки (рис. 3.12). Затем закрыть верхний вентиль Vent.

Рис. 3.10 Вентиль горного давления

Рис. 3.11 Вентиль горного давления

Рис. 3.12 – Шланг покачивания системы

Запустить программу AutoLab в панели задач компьютера. Выбрать в появившемся окне NER Laboratory Process Monitor кнопку Acquire Data (рис. 3.13), в которой необходимо выбрать тип эксперимента Velocity (рис. 3.14), затем щелкнуть мышью OK. Далее, появится окно Experimental Information Velocity (рис. 3.15), в котором ввести необходимые сведения об образце и каналах, содержащих информацию о датчиках и устройствах сбора данных, и затем снова щелкнуть мышью Done.

Рис. 3.13 Окно NER Laboratory Process Monitor

Рис. 3.14 Окно Experiment type

Рис. 3.15 Окно Experimental Information Velocity

После того как программа запуститься на экране появятся три окна: Analog Channel Monitor (рис. 3.16)(позволяет контролировать текущие значения каждого из устройств в выбранных единицах измерения), Acquisition Viewer (рис. 3.17) (отображает кривые импульсов ультразвуковых волн) и Commander (рис. 3.18) (позволяет полностью управлять экспериментом). В окне Commander необходимо щелкнуть мышью Pulser Control.

Рис. 3.16 Окно Analog Channel Monitor

Рис. 3.17 Окно Acquisition Viewer

Рис. 3.18 Окно Commander

Проверить рабочее состояние системы – оба верхних вентиля Vent на передней панели установки закрыты, оба нижних Vessel On/Off и Sample On/Off открыты. Ручные переключатели на обоих насосах повернуты в сторону Up.

Поднять давление обжима до 15-20 МПа с помощью ручного рычага (поочередно опуская и поднимая его вниз-вверх). Значение давления контролировать по программному обеспечению в компьютере в окне Analog Channel Monitor в строке CP (рис. 3.19)

Внимание: Если значение давления будет одновременно подыматься и в системе создания порового давления PP, значит масло из системы обжима попадает в образец и систему создания порового давления (манжета соскочила, либо порвалась, либо плохо затянуты соединения на трубках). Необходимо остановить эксперимент, промыть установку и начать опыт заново!!!.

Внимание: Если значение горного давления не устанавливается, а медленно падает со временем, значит в системе трубопроводов возможна утечка из-за не плотного соединения. Необходимо обнаружить утечку масла и устранить неисправность!!!

Провести донасыщение образца. Поднять поровое давление до 1-5 МПа (в зависимости от проницаемости образца, чем ниже проницаемость, тем выше может быть поровое давление для насыщения) с помощью ручного рычага (поочередно опуская и поднимая его вниз-вверх), относящегося к системе создания порового давления Pore Pressure. Значение давления контролировать по программному обеспечению в компьютере в окне Analog Channel Monitor в строке РР (рис. 3.20).

Дождаться появления жидкости из выходной трубки расположенной на кернодержателе (рис. 3.21) и плотно закрутить выходное отверстие специальной заглушкой.

Рис. 3.19 Окно Analog Channel Monitor

Рис. 3.20 Окно Analog Channel Monitor

Рис. 3.21 Выходная труба

Внимание: Не допускать, чтобы поровое давление превышало давление обжима, в противном случае может произойти разрушение манжеты и повреждение образца!!!.

Поднять поочередно давление обжима и поровое давление с помощью ручных рычагов насосов до значений, назначенных в эксперименте и выждать, пока система не придет в равновесие. Время ожидания может колебаться от нескольких минут до нескольких часов в зависимости от фильтрационно-емкостных свойств образца. Поровое давление можно более точно регулировать и с помощью ручного вентиля Pore Pressure Actuator, расположенного на лицевой панели установки (рис. 3.22).

Настроить осциллограф, вмонтированный в лабораторный шкаф установки (рис. 3.23). Для чего, щелкнуть мышью кнопку Configure Scope в окне Commander (рис. 3.24) на мониторе компьютера и с помощью тумблера Energy Select (рис. 3.25), расположенном на модуле Ultrasonic Pulser и регулятора Scale (рис. 3.26) в блоке VERTICAL осциллографа увеличить или уменьшить амплитуду сигнала каждой из получаемых типов волн. Затем, щелкнуть мышью кнопку Accept Scope в окне Commander (рис. 3.27) на мониторе компьютера. Проверить формы всех типов волн поочередно переключая тумблер Wave Polarity Select (рис. 3.28) расположенном на модуле Ultrasonic Wave Polarity.

Рис. 3.22 Ручной вентиль Pore Pressure Actuator для создания порового давления

Рис. 3.23 Осциллограф

Рис. 3.24 Окно Commander

 

Рис. 3.25 Тумблер Energy Select

Рис. 3.26 Регулятор Scale

Рис. 3.27 Окно Commander

 

Рис. 3.28 Тумблер Wave Polarity Select

Рис. 3.29 Окно Commander

Выполнить измерения после стабилизации значений горного, порового давлений и настройки осциллографа. Для чего снять показания с осциллографа с помощью программного обеспечения AutoLab500 путем нажатия мышью кнопки Capture (рис. 3.29) в окне Commander на мониторе компьютера, а затем записать полученные формы волн в файл, нажав кнопку Accept в том же окне. Повторить процедуру 3-5 раз.

После проведения измерений до удаления образца из преобразователя, параметры системы привести к окружающим условиям. Поочередно сбросить сначала поровое давление, потом давление обжима до нуля, плавно поворачивая соответствующие вентили Vent против часовой стрелки. Открутить трубопровод от входной трубки кернодержателя, открутить специальную заглушку от выходной трубки кернодержателя, отвернуть кернодержатель против часовой стрелки и вытащить его из стального корпуса. Открутить хомуты и вытащить образец. Убрать рабочее место.

Внимание: Не допускать, чтобы поровое давление превышало давление обжима, в противном случае может произойти разрушение манжеты и повреждение образца!!!

Скв.