3.8.9. Визначення проникності гірських порід

Під проникністю гірських порід розуміють їх здатність про­пускати крізь себе рідину або газ за певного перепаду тиску. Визначення проникності порід має виключно важливе значення у нафтовій справі, оскільки цей параметр входить у формули багатьох гідродинамічних розра­хунків руху рідини у пористому середовищі, а також за ним можна побічно дійти висновку щодо нафтогазовіддачі пласта. Існує багато способів, за до­помогою яких визначають проникність порід.

Слід зауважити, що у нафтогазопромисловій геології застосовують оди­ницю проникності квадратний метр (м², частіше мкм²), згідно з метрологі­чною системою СІ.

У лабораторних умовах визначають абсолютну і ефективну проникність. Відносну проникність обчислюють як відношення ефективної проникності пористого середовища до абсолютної проникності і виражають у відсотках.

Під абсолютною проникністю пористого середовища розуміють проник­ність цього середовища для гомогенного флюїду за відсутності фізико-хімічної дії його на пористе середовище. Якщо проникність зразків визна­чають способом пропускання газу, то отримана величина проникності дорівнює їх абсолютній проникності.

Ефективною фазовою проникністю пористого середовища називають йо­го проникність для одного будь-якого флюїду за наявності в середовищі інших флюїдів.

Для масового промислового визначення газоводопроникності кернів користуються уніфікованою апаратурою ПК-2 і ВК-2. За принципом дії вони відрізняються один від одного лише тим, що одні з них розраховані на роботу з високим, а інші — з низьким тиском.

В одних апаратах визначають проникність порід для газу, в інших — для рідини або для газу і рідини разом.

Коротко зупинимося на принципі роботи цих апаратів.

Апарат ПК-2 для визначення газопроникності керна. Робочий тиск пе­ред керном — до 0,5 МПа при зразковому манометрі і 800 мм ртутного або водяного стовпа — при рідинному манометрі. Межі вимірювання проникності — від 0,1 до 5000 мкм². Загальний вигляд апарату показано на рис. 3.38.

Повітря або вуглеводневий газ надходить через повітряний фільтр / та регулятор тиску 2 і висушується в хлоркальцієвій трубці 3.

Тиск перед керном, залежно від його величини, визначають за допо­могою зразкового манометра 4 зі шкалою до 5 Па або ж рідинного мано­метра 5 з ртутним заповненням і шкалою з поділками до 800 мм. Для контролю температури газу, що необхідно для визначення його в'язкості, в хлоркальцієвій трубці передбачена кишеня з термометром. Керн помі­щають у гвинтовому затискачі 6. Витрати газу визначають ареометром 7. Перепад тиску на керні встановлюють як різницю між тиском, заміряним перед керном, і висотою стовпа рідини в ареометрі. Витрату газу регулю­ють редукційним регулятором тиску 2 і вентилем хлоркальцієвої трубки З,

Рис. 3.38. Схема приладу для визначення газопроникності (ПК-2).

Пояснення у тексті

Підготовка зразка породи для визначення газопроникності зводитьсядо такого.

Проекстрагованому і заздалегідь висушеному при 101 — 105 °С зразку за допомогою обережного обточування його ножем, ножовкою або (у разі слабозцементованих зразків) просто рукою надають циліндричної форми. Зразок вирізають з віссю, паралельною нашаруванню порід.

Якщо порода сильнозцементована, зразок можна обточити на наждачно­му крузі з електроприводом. Щоб уникнути утворення тріщин у зразку під час обточування, слід дотримуватися обережності. Після закінчення обробки торці циліндра обмітають волосяною або металевою щіткою. Як стандартні розміри для зразків рекомендуються діаметри 30, 25 та 20 мм і довжина 30 мм.

Перед установкою у прилад зразок обмірюють штангенциркулем.

Підготовлені тверді зразки закладають у кернотримач гвинтового за­тискача за допомогою гумового кільця, а слабозцементовані зразки — за допомогою спеціальних металевих втулок, в які їх вставляють на глетоглі-цериновій замазці або на сплаві Вуда.

Кернотримач встановлюють у підставку і затискають ходовим гвинтом шляхом обертання маховика.

Перед початком випробування слід визначити відсутність можливих витоків газу (повітря) у системі. Для цього у ній створюють тиск або ваку­ум при закритих кранах на вході і виході зразка. За відсутності витоків тиск на манометрі має залишатися незмінним.

Проникність визначають вимірюванням щосекундного витрачання газу (повітря) через поперечний перетин керна за трьох різних перепадів тиску (різниця тиску до і після керна).

Рис. 3.39. Загальний вигляд приладу ВК-2 для визначення водопроникності керна.

Пояснення у тексті

Уразі роботи з ареометром щосекундне витрачання газу (повітря) ви­значають за перепадом тиску ареометра, згідно з градуювальною таблицею для певного капіляра. В отримані значення потім вносять поправку залеж­но від барометричного тиску і температури.

Якщо відомі щосекундне витрачання газу (повітря), перепад тиску, діаметр і довжина зразка, а також в'язкість за температури досліджень, коефіцієнт газопроникності К_т обчислюють за вищенаведеною форму­лою.

Газопроникність визначають лише тоді, коли рух газу (повітря) у зраз­ку відбувається за законом лінійної фільтрації.

Ламінарність режиму в процесі визначення проникності контролюєть­ся побудовою графіка залежності витрачання газу (повітря) як функції від перепаду тиску <2 = /(Ар), яку зображують у вигляді прямої, що проходить через початок координат.

Точки, що не лежать близько до прямої, до підрахунку коефіцієнта проникності не включають.

Апарат ВК-2 для визначення водопроникності. Апарат складається з та­ких вузлів: напірної посудини 7, шафи 2 із затискачем і маніфольдом із зразковими манометрами З та ртутного манометра 4 (рис. 3.39).

Напірна посудина розрахована на тиск до 1,6 МПа. Установка герме­тична при залишковому тиску до 0,5—1,0 мм рт. ст. Апарат розрахований на підігрів рідини в напірній посудині до температури 100—120 °С.

Витрату води, перекачуваної через керн, вимірюють у циліндрі об'є­мом 100 мл з ціною поділки 1 мл.

Апарат допускає визначення коефіцієнта проникності в межах 0,5— 3000 мкм².

Для визначення водопроникності порід на апараті ВК-2 напірну посу­дину приблизно на 3/4 об'єму заповнюють водою і через кутовий вентиль з'єднують з вакуумним насосом.

Вентиль, що перекриває вихід води в маніфольд, закривають. Потім пускають вакуум-насос і витісняють воду протягом 2—3 год. Після цього вакуум-насос відключають, сполучають напірну посудину з атмосферою, а патрубок, що веде до маніфольду, заповнюють водою.

Потім кернотримач з досліджуваним керном укріплюють у затискачу, вакуум-насос приєднують до скляного крана затискача і вакуумують уста­новку маніфольда із затискачем. При цьому вентиль, що перекриває рідин­ний манометр, має бути закритий.

Після закінчення цієї операції слід закрити скляний кран і перекона­тися в тому, що апарат герметичний. Потім поволі відкривають вентиль впускання маніфольда. При цьому вода почне надходити до затискача. Після того як бульбашок повітря в коліні У-подібного манометра помічено не буде, напірну посудину з'єднують з джерелом стислого повітря і, відкри­вши кран затискача, розпочинають дослідження.

Водопроникність К_в визначають вимірюванням витрати води через по­перечний переріз керна і різниці тиску по обидва його боки. Розрахунок ведуть за формулою фільтрації згідно з лінійним законом:

3.8.10. Визначення коефіцієнтів водо- і нафтонасиченості

Коефіцієнтом водонасиченості породи називають відношен­ня об'єму води, що міститься в ній, до сумарного об'єму пор.

Водонасиченість зразків порід у лабораторних умовах визначають на апараті Діна і Старка, який складається з металевої колби місткістю 500 см³,

Рис. 3.40. Схема установки Діна і Старка:

/ — скляна колба; 2 — скляна пастка; З — скляний холодильник

скляного приймача, відкаліброваного на 10 см³, і зворот­ного скляного холодильника з гладенькою внутрішньою поверхнею (рис. 3.40). Колбу підігрівають на електричній печі закритого типу.

Методика роботи зводиться до такого: з середини кер­на відбирають 50—100 г заздалегідь очищеного пензликом зразка і завантажують у металеву колбу. Після цього в неї наливають 200 см³ заздалегідь висушеного хлористим каль­цієм толуолу або бензину прямої перегонки з температу­рою кипіння 80—120 °С.

Досвід показує, що ліпшим розчинником є толуол, йо­го температура кипіння близько 110 °С.

Закінчивши заповнення колби, збирають апарат, при цьому встановлюють його строго вертикально. Всі частини апарата з'єднують між собою за допомогою корків і для

герметичності заливають колодієм.

Складання апарата закінчують тим, що нижнє відведення холодильни­ка з'єднують з джерелом живлення водою, а верхнє — з каналізаційною раковиною.

Процес дистиляції вважають закінченим, коли збільшення об'єму води в приймачі припиняється і шар розчинника, що знаходиться над рівнем, стає абсолютно прозорим. Якщо в трубці холодильника на­прикінці операції затримуються краплі води, то їх скляною паличкою зіштовхують у приймач і лише після цього проводять остаточний відлік об'єму води.

Коефіцієнт водонасиченості а зразка визначають за формулою

Для теплоізоляції і запобігання передчасній конденсації пари розчин­ника на шляху проходження їх до екстрактора першу з цих трубок обмоту­ють азбестовим шнуром. Колби апарата рекомендується підігрівати в елек­тричній печі закритого типу.

Для визначення нафтонасиченості шматочок керна, очищений пенз­ликом, після зважування в патроні з фільтрувального паперу відомої маси занурюють у частину 2 апарата Сокслета. Патрон виготовляють з вологого паперу, який нагвинчують на циліндричну дерев'яну болванку, що має діа­метр, дещо менший за діаметр екстрактора. Папір на кінці болванки аку­ратно загинають для отримання дна патрона, який потім висушують у тер­мостаті при 102—105 °С до сталої маси і охолоджують в ексикаторі.

Завантаживши зразок в апарат, у колбу наливають розчинник, наприк­лад чотирихлористий вуглець або бензин. Потім апарат збирають і вклю­чають до роботи. Процес екстракції вважається закінченим, коли розчин­ник, що зливається з екстрактора в колбу, стає абсолютно прозорим і не зафарбовує фільтрувальний папір. Після цього зразок з патроном поміща­ють у сушильну шафу, де висушують його до сталої маси за температури 102-105 °С.

Слід зазначити, що перед кожним зважуванням зразок охолоджують в

ексикаторі.

Часто в процесі екстрагування слабозцементованих порід з великим вмістом частинок діаметром 0,005 мм і менше ос­танні проходять через фільтрувальний папір і осідають на дні колби. Щоб уникнути помилок, вміст колби фільтрують через фільтр з "синьою смужкою", потім його промивають гарячим розчинником (наприклад бензином) і, нарешті, разом з пат­роном висушують за температури 102—105 °С до сталої маси.

Перші три частини апарата мають бути так пришліфовані між собою, щоб не відбувалося виді­лення пари розчинника.

Для роботи апарата гільзу поміщають у горло­вину колби. У верхній частині гільзи є два отвори, в яких укріплюють дротяну дужку для зручності ви­тягання гільзи з колби. На нижній частині прийма­ча об'ємом 3,5 см³ нанесені поділки ціною 0,02 см³. Колбу з розчинником підігрівають в електричній печі закритого типу.

Узявши із середини зразка шматок породи ма­сою 50 г і видаливши з нього верхній шар завтов­шки 0,5—1,5 см, після очищення пензликом зва­жують у гільзі на терезах з точністю 0,01 г. Перед зважуванням гільзу висушують у термостаті за тем­ператури 102—105 °С до сталої маси. Потім колбу заповнюють до половини толуолом і встановлюють в ній гільзу із зразком, після чого нижнє бічне відведення холодильника за допомогою каучукової трубки з'єднують з джерелом живлення водою, а верхнє — з нижнім відведенням холодильника іншого апарата і т.д.

Верхнє відведення холодильника з'єднують зі стоком. Закінчивши складання апаратів, розпочи­нають процес одночасної дистиляції води і екст-

рагування нафти із зразка. Увесь час зразок має р_ис. 3.42. Апарат Закса бути занурений у розчинник і з підвищенням тем- ЛП-4 для одночасного ви- ператури не переливатися через край гільзи. значення вмісту нафти і

Процес перегонки води із зразка вважають закін- ^води

ченим тоді, коли не спостерігається збільшення об'єму води в приймачі і шар розчинника, що знаходиться над рівнем води, стає абсолютно прозорим.

За наявності в трубці холодильника крапельок води їх зіштовхують скляною паличкою у приймач, в якому потім і визначають об'єм води. Ек­страгування зразка вважають закінченим, якщо після зливання з гільзи в колбу розчинник виявиться прозорим або якщо після випаровування на лабораторному склі не залишиться жирного сліду.

У деяких випадках для більшої точності після екстрагування толуолом останній з колби виливають і проводять додаткове екстрагування чотири-хлористим вуглецем.