Визначення нафто-, водо- і газопроникності гірських порід

Мета роботи: вивчення апаратури та методології визначення проникності гірських порід.

Необхідні прилади й реактиви:

1. Установка для визначення проникності.

2. Набір природних зразків гірської породи.

3. Нафта, гас, вода пласта або модель води пласта.

Опис установки

Установка для визначення водо- або нафтопроникності гірської породи складається з кернотримача 1, манометрів 2 (на вході та виході з кернотримача), ємності для рідини, що фільтрується, 3, датчика постійної витрати 4, мірної колби 5 і вентилів високого тиску 6, 7, 8, 9, 10 (рис. 2).

Рисунок 2 – Установка для визначення проникності

Загальні поняття

Проникність – це здатність гірської породи пропускати через себе нафту, газ і воду.

При розробленні нафтових та газових родовищ використовують різні види фільтрації нафти, газу й води або їх сумішей у пористому середовищі. До того ж проникність одного і того ж пористого середовища для кожної фази буде різна й залежатиме від кількісного та якісного складу фаз. Тому для характеристики проникності гірських порід уведені поняття абсолютної, ефективної (фазової) й відносної проникності.

Фізичні властивості гірських порід характеризує абсолютна проникність. Під абсолютною проникністю пористого середовища розуміють проникність, яка визначена за наявності в ній лише однієї якої-небудь фази хімічно інертної відносно породи. Абсолютна проникність – властивість породи не залежить від властивостей рідини, котра фільтрується, або газу і перепаду тиску, якщо немає взаємодії флюїдів із породою.

Абсолютна проникність визначається при фільтрації через зразки газу й повітря.

Фазовою називається проникність гірської породи багатофазних систем за наявності руху в порах газу або рідини. Її значення залежить від насиченості порового простору газом або рідиною і від фізико-хімічних властивостей.

Відносною проникністю гірської породи називається відношення фазової проникності цього зразка для певної фази до абсолютної. Для оцінювання проникності порід використовують лінійний закон фільтрації Дарсі

,

де К – коефіцієнт проникності, м²; Q – об’ємна витрата рідини за одиницю часу, м³/с; F – площа фільтрації, м²; µ – динамічна в’язкість рідини, Па·с; Δр – перепад тиску, Па; L – довжина пористого середовища, м.

У Міжнародній системі (СІ) за одиницю проникності з 1 м² береться проникність такого пористого середовища, якщо при фільтрації через зразок площею в 1 м² завдовжки в 1 м і перепаді тиску 1 Па витрата рідини в’язкістю 1 Па·с становить 1 м/с.

Методика проведення досліду

Заздалегідь проекстраговані й насичені (водою або гасом) до постійної маси зразки впаковуються в кернотримач 1. Відкривають вентилі високого тиску 6, 7, 8, 9, 10 і включають датчик постійної витрати 4. Рідина (вода або гас) з ємності 3 через манометр на вході 2 надходить у кернотримач 1. Профільтрувавшись через кернотримач, рідина надходить у мірну ємність 5. За допомогою секундоміра визначають витрату води при різних перепадах тиску, що фіксуються на манометрах 2 (дослід проводити не менше ніж при трьох різних тисках). Фільтрація повинна проходити за лінійним законом, що контролюється побудовою графіка залежності

.

У координатах Q і ΔР точки залежності Q = С·ΔР повинні розташовуватися на прямій лінії.

Середні значення проникності K визначаються як співвідношення

.

Усі параметри, що фіксують під час досліду, записують у таблицю і потім за формулою

розраховують коефіцієнт проникності гірської породи при фільтрації через неї рідини (води або гасу).

Для визначення абсолютної проникності гірської породи використовують установку, представлену на рисунку 2, яка складається з джерела стислого повітря (газу) 1, редуктора (регулятора) тиску 2, кернотримача 3 і газового годинника 4.

Результати досліду записують у таблицю 2.

Таблиця 2 – Результати дослідів

Найменування вимірюваних і підрахованих величин	Позначення	Номер досліду
І	ІІ	ІІІ
Діаметр зразка, м	d
Площа перетину зразка, м^2	F
В’язкість рідини, Па·с	µ
Перепад тиску, Па	ΔP
Об’єм рідини в мірнику, м^3	V
Час досліду, с	t
Витрата води, м^3/с	Q
Коефіцієнт проникності, м^2	K
Довжина зразка, м	L

При вимірюванні проникності порід за газом у формулу Дарсі слід підставити середню витрату газу в умовах зразка. Це викликано непостійністю його об’ємної витрати при зменшенні тиску по довжині керна. Об’єм повітря, яке пройшло через керн, вимірюють газовим годинником при атмосферному тиску на виході з них же при кімнатній температурі. Вважатимемо, що на виході зі зразка ми маємо атмосферний тиск, величину котрого можна визначити за барометром. Розподіл тиску по довжині керна вважатимемо лінійним через малі розміри керна і незначні перепади тиску. Тому середній тиск по довжині керна

,

де Р₁ – тиск на вході в керн, МПа; Р_а – атмосферний тиск, МПа.

Рисунок 3 – Установка для визначення абсолютної проникності

 

Оскільки манометр показує надмірний тиск над атмосферним на вході в керн, то

,

де Р_ман – показник манометра, Па.

Тоді

.

 

Для приведення об’єму газу V, заміряного за газовим годинником при атмосферному тиску Р_А, до середнього тиску в керні Р скористаємося законом Бойля – Маріотта

.

Звідси

,

де t – час, протягом якого через керн пройшов об’єм газу за газовим годинником. Тоді остаточна формула для визначення коефіцієнта проникності гірської породи за повітрям при малому тиску буде такою:

.

Виконання роботи

Проекстрагувавши і висушивши до постійної маси, зразки гірської породи упаковують у керн, заміряють розміри керна й редуктором 2 встановлюють тиск експерименту. Після чого вичікують 5 хвилин та заміряють витрату газу за газовим годинником. Бажано при цьому для кращої відтворюваності результатів заміряти витрату газу при кожному режимі не менше ніж 5 хвилин. Дані вимірювань заносять у таблицю 3.

 

Таблиця 3 – Дані вимірювань

Номер з/п	Рман, Па	V, м^3	t, c	K, м^2	Примітка
					PA =
					T =
					L =
					F =

Після заповнення одного рядка таблиці змінюють швидкість фільтрації газу через керн регулюванням редуктора 2. Після закінчення обчислень будують графік залежності витрати повітря від перепаду тиску.

Контрольні питання

1. Що називають проникністю гірської породи?

2. Які існують коефіцієнти проникності?

3. Абсолютна проникність і як вона визначається?

4. Що розуміється під фазовою проникністю і від яких чинників
вона залежить?

5. Які елементи містить установка для визначення проникності порід і їх призначення?

6. Які параметри входять у формулу Дарсі для визначення проникності?

7. Які методи існують для визначення проникності?

8. Для розв’язування яких завдань розроблення нафтових і газових родовищ використовується коефіцієнт проникності?

9. Який фізичний сенс коефіцієнта проникності порід і які одиниці його вимірювання?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3