Изучение структуры порового пространства методом центрифугирования на установке cent - 635

Цель: определение порового давления и изучение структуры порового пространства.

Задачи: научить студентов работать на установке CENT – 635для определения порового давления и изучения структуры порового пространства.

Основные теоретические положения

Капиллярным давлением называют разницу давлений на разделе двух неподвижных несмешивающихся флюидов, находящихся в системе капилляров. Капиллярные силы – это силы, удерживающие флюид в поровом пространстве горной породы. Так как капиллярные силы удерживают флюид в поровом пространстве породы, то должны быть и силы, которые пытаются вытолкнуть его оттуда. Основой проведения измерений капиллярного давления является измерение сил, посредством которых один из флюидов вытесняет другой из порового пространства породы. Так как различия в геометрии порового пространства будет определять различные силы для вытеснения флюида, то измерение капиллярного давления на образце горной породы также поможет охарактеризовать параметры геометрии его порового пространства.

Знание распределения пор по размерам в объеме породы имеет большое значение, так как количество, размеры и вид пор, в основном, определяют проницаемость и, в итоге, запасы и продуктивность коллектора. Данные по структуре порового пространства нужны также для установления связей между емкостными характеристиками и поровым составом пород, развития науки о движении жидкостей в породах, определения участия поровых каналов различного радиуса в общей проницаемости, предсказания величины остаточной нефтенасыщенности и ряда других свойств пород.

Долю порового пространства, представленную каналами различных размеров, а также характер распределения этих пор в общем объеме порового пространства определяют по кривым капиллярного давления.

В основе метода изучения структуры порового пространства методом центрифугирования лежит положение о том, что при воздействии на водонасыщенный образец какого-то капиллярного давления вода выдавливается из пор определенного размера. Так как поровое пространство пород представляется семейством капилляров различного радиуса, то вначале при наиболее низких капиллярных давлениях, действующих на образец, вода выдавливается из капилляров наибольшего сечения. Связь между капиллярным давлением и структурой порового пространства определяется с учетом свойств породы и флюида по формуле:

(2.1)

где: p_i - капиллярное давление, кг/см²; s - поверхностное натяжение на границе раздела фаз (принимается равным 72,75 * 10^–3 н/м); q - угол смачивания (принимается равным 0); r_i - радиус порового канала, мкм.

Если выразить угловую скорость вращения центрифуги через число n оборотов в 1 минуту, разность плотностей D ρ воды и воздуха в г/cм³ и длины R (радиус вращения ротора) и L (длина образца) в cм, то следующее уравнение позволит получить значение капиллярного давления (кг/см²), действующего на образец:

(2.2)

где: p_k - капиллярное давление, кг/см²; n – число оборотов ротора, мин^-1; Δρ – разница плотностей вытесняющей и вытесняемой фаз г/см³; R - радиус вращения ротора, см; L - длина образца, см..

При использовании формулы (2.2) для режимов центрифугирования 400, 700, 1000, 2000, 3000 об/мин капиллярное давление равняется соответственно 0,017, 0,053, 0,108, 0,432, 0,971 кг/см² , а радиусы поровых каналов - соответственно 83,4, 27,2, 13,3, 3,3, 1,5 мкм

С помощью центрифуги можно создавать различные давления на образец меняя скорости вращения ротора и таким образом вызвать отжатие воды из капилляров соответствующего размера.

Система CENT-635 позволяет создавать различные центростремительные силы вдоль поверхности образца путем вращения в центрифуге при различных значениях оборотов в минуту (RPM’s). Объемы жидкостей, вышедшей из образца керна могут быть замерены и задокументированы для дальнейшего построения стандартных кривых зависимости давления от насыщенности. Также капиллярное давление зависит от межфазного натяжения и угла смачиваемости, так же, как и от геометрии системы капилляров. Зависимость капиллярного давления относительно насыщенности образца породы является важным параметром, позволяющим установить начальное распределение и подвижность двух флюидов в коллекторе. Геометрия порового пространства и характеристики смачиваемости системы порода/флюид/флюид могут служить причиной перемещения на границе двух несмешиваемых фаз и возникновения необходимого пространства для образования переходной зоны.

Описание составных частей

Цифровая охлаждаемая центрифуга CENT-635 состоит из охлаждаемого корпуса (рис. 2.1), блока управления (рис. 2.2), восьми – и четырехместного ротора (рис. 2.3, 2.4), двух видов камер (рис. 2.5, 2.6).

блок управления

клавиша открытия крышки

смотровое окно

клавиша включения

 

Рис. 2.1 – Цифровая охлаждаемая центрифуга CENT-635

 

Рис. 2.2 – Блок управления

 

 

Рис. 2.3 – Принципиальная схема четерыхместного ротора

Рис. 2.4 – Принципиальная схема восьмиместного ротора

Рис. 2.5 – Схема сборки камеры для четырехместного ротора

Рис. 2.6 – Схема сборки камеры для восьмиместного ротора

 

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