Стандартные исследования образцов горных пород (продолжение)

1. Стандартные исследования образцов горных пород (продолжение)

- методы получения значений ФЕС
образцов горных пород;
- физические основы методов.
Основные коллекторские свойства горных пород,
определяющие их способность вмещать и
пропускать через себя жидкости и газы при
перепаде давления, называются фильтрационноёмкостными свойствами (ФЕС).

2. Насыщенность

Насыщенность – доля порового пространства, занимаемого
конкретным флюидом
sв = Vв / Vпор, sн = Vн / Vпор, sг = Vг / Vпор
где: s – насыщенность, Vпор –объем пор, Vв, Vн, Vг – объемы,
занимаемые водой, нефтью, газом соответственно.
sв + sн + sг = 1,
Для двухфазных систем (вода-нефть или вода-газ):
s = s в, 1 - s = s н
После формирования коллектора наряду с углеводородами
содержат и некоторое количество воды (связанная вода).
Для определения количества углеводородов в коллекторах
необходимо знать начальные насыщенности водой, нефтью и газом.

3. Прямые методы измерения водонасыщенности

Ретортный способ
Нагревательный
элемент
Аппарат Закса
Образец
керна
Холодильник
500-600 С
Подача
воды
Отвод воды
Градуиров
анная
трубка
Холодильник
Стеклянный
стаканчик с
образцом
керна
Растворитель
Градуированный
цилиндр
Электронагреватель
«+»
– Быстрота измерения
– Прямые измерения как водо- так и
нефтенасыщенности
– Приемлемая точность
«-»
Высокие температуры
• Образец не пригоден к другим исследованиям
• Вода кристаллизованная в глинах может
испаряться. Необходимы методы учета
кристаллизованной воды
• Коксование нефти
«+»
– Точное измерение
водонасыщенности
– Образец остается целым
«-»
– Медленный (до нескольких дней)
– Объем нефти определяется косвенно

4. Измерение коэффициента водоудерживающей способности (КВС)

M сух зерен Vзерен ,
M нас зерен Vзерен ж Vпор ,
M взв зерен Vзерен ж Vпор ж Vобр ,
M ост зерен Vзерен ж Vж ,
М ост М сух
ж Vж
sквс
М нас М сух ж Vпор
Взвешивание после
откручивания на
центрифуге в течение
40 мин со скоростью
вращения 5000 об/мин

5. Электропроводность насыщенных пород

RF
L
δ – удельное электрическое сопротивление
R – сопротивление
F - площадь поперечного сечения проводника
L – длина проводника
п
Pп
в
Pп – параметр пористости
δп- удельное сопротивление породы, насыщенной
водой, имеющей удельное сопротивление δв
Электрические свойства пород зависят от геометрии
порового пространства и свойств жидкостей.
Нефть, газ, дистиллированная вода, порода (за
исключением некоторых глинистых минералов) не
проводят электрический ток.
Проводником является минерализованная, вода при этом
удельное электрическое сопротивление воды зависит от
степени минерализации и термобапрических условий

6.

R1
в L
F
R2 F
п
L
п
Pп
в
R2
п
в Lа
Fа
в Lа F
LFа
La
в La F L
LFa в Fa Fa
F
F
Pп – параметр пористости,
Fа – эффективная площадь поровых каналов в поперечном
сечении образца, м2
Lа – путь который, проходит ион при своем движении в
поровых каналах, м
τ – извилистость поровых каналов,
R1, R2 – сопротивления воды, насыщенного водой образца
La
L
2

7.

нас
R3 F
Pн
нас
п
L
в Lн
R3
Fн
Fa
в Lн F
Fн
нас
Pн
La
Fн L
Lн
Pн – параметр насыщения,
Fн – эффективная площадь поровых каналов в поперечном
сечении частично насыщенного образца, м2
Lн – путь который, проходит ион при своем движении в
частично насыщенных водой поровых каналах, м
R3 – сопротивление частично насыщенного водой образца.

8.

Модель идеального грунта (Вилли с соавт.)
Fа F1 F2 kп F
La
La 1
L
pп
kп F
L kп
F
Pп C kп
Fн kп sв F
kп F
k п sв F
Lн 1
Pн
La
Lа sв
Lн
Pн С sв n
С и С` - некоторые функции извилистости,
иn
- показатели степени, зависящие от
геометрии порового пространства.

9.

Зависимости параметра пористости Рп от величины открытой пористости Кп (а) и
параметра насыщения Рн от водонасыщенности Кв (б)
для пород пластов группы АС2-5 Фёдоровского месторождения
б
а
100
Параметр насыщения Рн
Параметр пористости Рп
100
10
Рп = 1,49Кп-1,55
R2 = 0,5969
1
0,1
Рн = Кв-1,76
R2 = 0,958
10
1
1
0,1
Открытая пористость Кп, о.е.
1
Водонасыщ енность Кв, о.е.
для пород пластов группы БС1-11 Фёдоровского месторождения
а
б
100
Параметр насыщения Рн
Параметр пористости Рп
100
10
Рп = 1,22Кп-1,72
R2 = 0,7913
1
0,1
1
Открытая пористость Кп, о.е.
Рн = 0,91Кв-1,92
R2 = 0,9748
10
1
0,1
1
Водонасыщенность Кв, о.е.

10. Капиллярное давление.

вн силы межфазного натяжения ( Н / м )
Pк Pнефти Рводы воды нефти g h
Pк капиллярное давление ( Па )
rкапилляра
воды , нефти плотности воды и нефти ,
соответcтвенно ( кг / м3 )
g ускорение свободного падения ( м / с 2 )
h высота над уровнем свободной воды ( м )
2 cos
Pк вн
rкапилляра
В ПОРИСТОЙ СРЕДЕ СМАЧИВАЮЩАЯ ФАЗА
НАХОДИТСЯ ПОД МЕНЬШИМ ДАВЛЕНИЕМ, ЧЕМ
НЕСМАЧИВАЮЩАЯ
Нефть
Pнефти
Pводы
h
Руровень св.воды
Вода

11. Силы межфазного натяжения

Возникают на границе раздела между
жидкостями или жидкостью и газом.
“ФАЗА” — ЭТО “ОПРЕДЕЛЕННАЯ ЧАСТЬ СИСТЕМЫ,
КОТОРАЯ ЯВЛЯЕТСЯ ГОМОГЕННОЙ И ФИЗИЧЕСКИ
ОТДЕЛЕНА ОТ ДРУГИХ ФАЗ ОТЧЕТЛИВЫМИ ГРАНИЦАМИ”.
Силы на границах фаз несбалансированны
ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ — ЭТО СИЛА НА
ЕДИНИЦУ ДЛИНЫ, НЕОБХОДИМАЯ ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ
НОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ, ВЫРАЖАЕМАЯ В Н/м И
ЧИСЛЕННО РАВНАЯ ВЕЛИЧИНЕ ПОВЕРХНОСТНОЙ
ЭНЕРГИИ В Дж/м2
Граница
раздела
СВОБОДНАЯ ПОВЕРХНОСТНАЯ
ЭНЕРГИЯ - РАБОТА, НЕОБХОДИМАЯ
ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ ЕДИНИЦЫ
ПЛОЩАДИ НОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Силы межфазного
натяжения при Т=°20C
Н/м
дин/см
Вода воздух
0.0726
72.6
Вода нефть
~ 0.0350
~ 35
Ртуть Воздух
0.3680
368

12. Смачиваемость

Смачиваемость - это способность одного флюида
распространяться по поверхности твердого тела в присутствии
другого флюида. Флюиды несмешивающиеся
Смачиваемость характеризует взаимодействие между флюидами и
твердым телом
Контактный угол θ.
Уравнение Юнга
тн тв внсos вн

13. Смачиваемость

Флюид В
(газ)
Флюид А
(вода)
Твердое тело
Флюид В
(жидкость)
Флюид А
Твердое тело
Флюид В
(газ)
Смачивается водой
Поверхность гидрофильная
(900> >00)
Флюид А
(ртуть)
Смачивается обеими жидкостями
(псевдосмачивание)
( =900)
Не смачивается водой
Поверхность гидрофобная
( >900)
Твердое тело
Полное смачивание
( =00)

14.

Трехфазная система «нефть-вода-порода»
Краевой угол смачивания. Нефть (зеленый цвет), окруженная водой (синий цвет) на
гидрофильной поверхности, образует каплю (а). Краевой угол смачивания 0
практически равен нулю. Если поверхность смачивается нефтью (в), капля
растекается, и краевой угол приближается к 180°. На поверхности с промежуточной
смачиваемостью (б) также образуется капля, но краевой угол зависит от баланса сил
поверхностного натяжения (для границ«поверхность/нефть», «поверхность/вода» и
«нефть/вода» соответственно).

15. Для чего нужна информация о капиллярном давление?

Pc
Переходная зона
Определение начальной насыщенности пласта
Расчет объемов подвижной нефти при использовании воды в качестве
вытесняющего агента
Входные данные для программ по гидродинамическому
моделированию разработки месторождений
Связанная вода
Водонефтяной
контакт
ВНК
0%
Sw
100%
Уровень свободной воды

16.

Дренирование
Дренирование
Pк
Насыщенность несмачивающей фазы
возрастает
Пропитка
Pd
Пропитка
Swi
0
Sor
0.5
Sw
Modified from NExT, 1999, after …
1.0
Насыщенность
возрастает
смачивающей фазы

17. 1.8. J Функция Леверетта

• Безразмерное капиллярное давление
• Предположение – одинаковая кривизна в
любой точке порового пространства
K
J Pc
cos

18.

Метод полупроницаемой мембраны
1 – образцы кернов;
2 – пористая перегородка;
3 – стойки из люцита;
4 – сжатый воздух;
5 – редуктор;
6 – ртутный манометр.

19.

Метод центрифугирования
1 – металлическая чаша;
2 – кольцо из губчатой резины;
3 – стальное кольцо;
4 – вал;
5 –шариковый подшипник;
6 – универсальный шарнир;
7 – кожух ротора;
8 – кернодержатель;
9 – пробирка;
10 – стробоскопическая лампа;
11 – контактор;
12 – окошко;
13 – генератор постоянного тока;
14 – электродвигатель переменного тока
Нет
однозначной
связи
давления,
необходимого
для
моделирования
остаточной
водонасыщенности,
с
фильтрационно-емкостными
свойствами
образца и техническими параметрами
центрифуги. Поэтому существует несколько
формул, определяющих эту связь