Способ определения параметра смачиваемости поровых каналов пород-коллекторов

 

Использование: в области исследования свойств пористых материалов и при подсчете запасов нефти и газа, а также при проектировании рациональных систем разработки нефтяных месторождений. Сущность: подготавливают образец для исследования, определяют его проницаемость, далее образец центрифугируют при различных режимах вращения центрифуги. Определяют при этом зависимость капиллярного давления дренирования эффективного порового пространства образца от водонасыщенности и зависимость капиллярного давления впитывания динамического порового пространства образца от водонасыщенности. Затем по полученным зависимостям строят нормированные дифференциальные кривые зависимости частоты встречаемости радиусов поровых каналов от размера для динамического и эффективного порового пространства и, используя эти кривые, определяют параметр смачиваемости для конкретного радиуса пор или их диапазона. 3 ил.

Изобретение относится к области исследования свойств пористых материалов, в частности к определению параметра смачиваемости поровых каналов естественных пород-коллекторов, и может быть использовано при подсчете запасов нефти и газа, а также при проектировании рациональных систем разработки нефтяных месторождений.

Известен способ определения смачиваемости пород-коллекторов, согласно которому экспериментальным путем определяет проницаемость, пористость, проводят двойную капиллярометрию путем вытеснения воды нефтью и нефти водой, задаваясь рядом дискретных значений давлений. Определяют толщину пленок воды и нефти, удерживаемых поровой поверхностью каждого образца, по этим данным производят разделение образцов на гидрофильные и гидрофобизованные, а значение краевого угла смачивания устанавливают по соответствующим формулам. Устанавливают корреляционную связь между краевым углом смачивания и параметром влажности, строят эталонный график зависимости по этим двум параметрам. Вычисляют параметр влажности пласта, а по фиксированному значению последнего из эталонного графика определяют смачиваемость пород [1] Однако указанный способ предназначен для определения лишь интегральной смачиваемости пород пластовыми флюидами.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ определения смачиваемости пород-коллекторов, согласно которому производят отбор образца из исследуемого пласта, экстрагируют его, высушивают, измеряют проницаемость образца, насыщают его минерализованной водой, погружают образец в керосин, центрифугируют его при постоянном режиме 7000 об/мин в течение 2-х ч; далее этот образец помещают в минерализованную воду, снова центрифугируют при этом же режиме, определяют при этом капиллярное давление впитывания, строят кривую зависимости капиллярного давления впитывания динамического порового пространства от водонасыщенности (фиг. 1, кривая "а"). Далее этот же образец погружают в керосин, центрифугируют, определяют при этом капиллярное давление дренирования, строят кривую зависимости капиллярного давления дренирования динамического порового пространства от водонасыщенности (фиг. 1, кривая "б"), а параметр смачиваемости (W) определяют по формуле: W lq A₁/A₂ где: A₁ площадь между осью водонасыщенности и кривой капиллярного давления дренирования; A₂ площадь между осью водонасыщенности и кривой капиллярного давления впитывания [2] Однако известный способ позволяет лишь интегральную смачиваемость пород, т.е. для всего образца.

Целью настоящего изобретения является обеспечение возможности определения дифференциального параметра смачиваемости для конкретных значений радиусов пор или их диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения параметра смачиваемости поровых каналов пород-коллекторов, согласно которому производят отбор образца из исследуемого пласта, экстрагируют его, высушивают, измеряют проницаемость образца, насыщают его минерализованной водой, погружают образец последовательно в керосин, а затем в минерализованную воду и центрифугируют его после каждого погружения, определяют зависимость капиллярного давления впитывания и капиллярного давления дренирования порового пространства от водонасыщенности образца и по полученным данным судят о смачиваемости, новым является то, что центрифугирование образца проводят при различных режимах вращения центрифуги до получения образца с остаточной водо- и нефтенасыщенностью, при этом, после центрифугирования образца, помещенного в керосин, определяют зависимость капиллярного давления дренирования эффективного порового пространства образца от вонасыщенности, а после центрифугирования образца, помещенного в минерализованную воду, определяют зависимость капиллярного давления впитывания динамического порового пространства образца от водонасыщенности в диапазоне от K_ов до 1 K_он, где K_ов коэффициент водонасыщенности, K_он - коэффициент остаточной нефтенасыщенности, далее по полученным зависимостям строят нормированные дифференциальные кривые зависимости частоты встречаемости радиусов поровых каналов от их размера для эффективного и динамического порового пространства, а параметр смачиваемости определяют по формуле: где r₁ минимальный радиус выбранного диапазона радиусов поровых каналов; r₂ максимальный радиус выбранного диапазона радиусов поровых каналов; F_д(r) нормированная дифференциальная частота встречаемости радиусов поровых каналов динамического порового пространства;
F_э (r) нормированная дифференциальная частота встречаемости радиусов поровых каналов эффективного порового пространства;
площадь между осью радиусов поровых каналов и нормированной дифференциальной кривой частоты встречаемости радиусов поровых каналов динамического порового пространства;
площадь между осью радиусов поровых каналов и нормированной дифференциальной кривой частоты встречаемости радиусов поровых эффективного порового пространства.

Из существующего уровня техники нам неизвестны способы, позволяющие определять дифференцированный параметр смачиваемости для конкретных радиусов поровых каналов или их диапазона. Это обеспечивается лишь предлагаемым способом благодаря следующему.

Поровой канал, обладающий определенной смачиваемостью и насыщенный, в одном случае, смачивающей фазой, а в другом несмачивающей фазой, при одинаковых условиях внешнего воздействия (в нашем случае центробежных сил) обеспечивает соответственно различные, как в первом, так и во втором случаях, объемы проникновения в поровый канал внешней фазы, окружающей этот канал. Отношение указанных объемов и характеризует смачиваемость порового канала. Предлагаемое сопоставление структуры эффективного порового пространства и динамического порового пространства, параметры которого нормированы, позволяет определить вышеописанное отношение объемов для конкретных радиусов или их диапазона. За счет этого осуществляется дифференциация объемов внешних фаз, каждый из которых входит в один и тот же поровый канал, по радиусам поровых каналов. В результате обеспечивается возможность исследования смачиваемости пористых сред не как интегральной, а как дифференциальной характеристики.

В предлагаемом способе параметр смачиваемости изменяется от 0 до 1.

На фиг. 1 показаны кривые двух зависимостей, а именно: капиллярного давления впитывания динамического порового пространства от водонасыщенности (кривая "а") и капиллярного давления дренирования динамического порового пространства от водонасыщенности (кривая "б"), полученные при осуществлении известного по прототипу способа.

На фиг. 2 представлены кривые двух зависимостей, а именно: капиллярного давления дренирования эффективного порового пространства от водонасыщенности (кривая "а") и капиллярного давления впитывания динамического порового пространства от водонасыщенности (кривая "б"), полученные при осуществлении предлагаемого способа; на фиг. 3 нормированные дифференциальные кривые частоты встречаемости радиусов поровых каналов от их размера для эффективного порового пространства (кривая "а") и динамического порового пространства (кривая "б").

Пример осуществления способа:
Для исследования был выбран образец N 333 скважины 25 Мазунинского месторождения. Образец был отобран из водонасыщенной части башкирских отложений. Исследования пористости (K_п) и проницаемости (K_пр.ч.) дали соответственно следующие результаты: K 0,111 д.ед и K 0,024 мкм.

Указанный образец экстрагировали, высушивали, насыщали 4-х нормальным растворам хлорида натрия, погружали в керосин и центрифугировали при различных режимах вращения ротора центрифуги от 100 до 11000 об/мин, при этом регистрируя количество вытесненной воды. Далее по формуле:

где P_к капиллярное давление;
Δρ - разность плотностей двух фаз;
N частота вращения ротора;
R расстояние от оси вращения до внутреннего торца образца;
H высота образца;
рассчитывали капиллярное давление (P_к) дренирования эффективного порового пространства, а по формуле
K 1 V_в/V_h,
где V_в объем жидкости, вышедшей из образца;
V_н объем открытых пор,
рассчитывали коэффициент водонасыщенности K. По полученным данным строили кривую зависимости P_к от K_в, представленную на фиг. 2, кривая "а".

Далее этот образец, насыщенный керосином с остаточной водонасыщенностью, помешали в 4-х нормальный раствор хлорида натрия, центрифугировали и при различных режимах вращения ротора от 100 до 11000 об/мин регистрировали количество вытесненного керосина. Затем по вышеприведенным формулам определяли капиллярное давление впитывания динамического порового пространства и коэффициент нефтенасыщенности. Затем строили кривую зависимости капиллярного давления впитывания от водонасыщенности в диапазоне от K_ов до 1 - K_он (кривая "б" фиг. 2), (K_ов остаточная водонасыщенность, K_он остаточная нефтенасыщенность).

Далее строили нормированную дифференциальную кривую зависимости частоты встречаемости радиусов поровых каналов от их размера для эффективного порового пространства. С этой целью для каждого интервала значений P_к определяли интервал радиусов поровых каналов: Δr_i = r_i+1 - r_i
при этом:
r_i = 2σ·cosΘ/P_к
где σ - поверхностное натяжение на границе двух фаз;
P_к капиллярное давление;
Θ - угол смачиваемости.

Рассчитывается средний радиус интервала:
Затем соответственно для каждого интервала значений P_к определяли количество выделившейся воды:
ΔK_вi = K_вi - K_вi+1
где K_в коэффициент водонасыщенности образца.

Рассчитывали дифференциальную ненормированную частоту встречаемости радиусов поровых каналов по доле выделившейся воды на единицу радиуса в каждом интервале Δr_i:
F_i = ΔK_вi/Δr_i
Определяли сумму всех частот ΣF_i. Рассчитывали дифференциальную нормированную частоту встречаемости радиусов поровых каналов по формуле: .

Пo данным F_gi и строили искомую зависимость (кривая "а" фиг. 3). Далее на том же чертеже строили нормированную кривую дифференциального распределения радиусов поровых каналов для динамического порового пространства (кривая "б" фиг. 3). Для этого повторили вышеописанную процедуру определения частот встречаемости радиусов поровых каналов по данным кривой капиллярного давления впитывания динамического порового пространства. При этом при расчете дифференциальной нормированной частоты встречаемости радиусов поровых каналов сумма частот ΣF_i берется та же самая, полученная при обработке кривой капиллярного давления дренирования эффективного порового пространства.

На полученном чертеже (фиг. 3) был выбран диапазон радиусов поровых каналов 40 120 мкм, для которого был рассчитан параметр смачиваемости C_г 0,864, по формуле:

где r₁ минимальный радиус выбранного диапазона радиусов поровых каналов;
r₂ максимальный радиус выбранного диапазона радиусов поровых каналов;
F_д (r) нормированная дифференциальная частота встречаемости радиусов поровых каналов динамического порового пространства;
F_э (r) нормированная дифференциальная частота встречаемости радиусов поровых каналов эффективного порового пространства;
площадь между осью радиусов поровых каналов и нормированной дифференциальной кривой частоты встречаемости радиусов поровых динамического порового пространства;
площадь между осью радиусов поровых каналов и нормированной дифференциальной кривой частоты встречаемости радиусов поровых каналов эффективного порового пространства.

По аналогичной схеме проводили определение параметра смачиваемости и для других образцов.

До сих пор существующие методы исследования смачиваемости естественных пород-коллекторов позволяли получить параметры смачиваемости, описывающие указанное свойство как интегральную характеристику, не позволяя, в частности, выделить область порового пространства, занятую остаточной водонасыщенностью, и которая по своей природе, как правило, близка к абсолютной фильности. В результате данные, полученные для образца в целом, переносились на динамическое поровое пространство, которое играет ключевую роль в процессе разработки нефтяных и газовых месторождений. При этом данные оказывались завышенными в сторону фильности.

Предлагаемый способ позволяет впервые рассматривать смачиваемость пористых сред как дифференциальную характеристику, описывающую различные части, области, зоны порового пространства, благодаря чему повышается точность и достоверность определения смачиваемости именно фильтрующих поровых каналов, что является исходной информацией для подсчета запасов нефти и газа, а также для исследования вопросов повышения нефтеотдачи пластов (подбор химреагентов, режимов фильтрации и др.).

Формула изобретения

Способ определения параметра смачиваемоcти поровых каналов пород-коллекторов, согласно которому производят отбор проб образца из исследуемого пласта, экстрагируют его, высушивают, измеряют проницаемость образца, насыщают его минерализованной водой, погружают образец последовательно в керосин, а затем в минерализованную воду и центрифугируют его после каждого погружения, определяют зависимость капиллярного давления впитывания и капиллярного давления дренирования порового пространства от водонасыщенности образца и по полученным данным судят о смачиваемости, отличающийся тем, что центрифугирование образца проводят при различных режимах вращения центрифуги до получения образца с остаточной водо- и нефтенасыщенностью, при этом после центрифугирования образца, помещенного в керосин, определяют зависимость капиллярного давления дренирования эффективного порового пространства образца от водонасыщенности, а после центрифугирования образца, помещенного в минерализованную воду, определяют зависимость капиллярного давления впитывания динамического порового пространства образца от водонасыщенности в диапазоне от К_ов до 1 К_он, где К_ов коэффициент остаточной водонасыщенности, К_он коэффициент остаточной нефтенасыщенности, далее по полученным зависимостям строят нормированные дифференциальные кривые зависимости частоты встречаемости радиусов поровых каналов от их размера для эффективного и динамического порового пространства, а параметр смачиваемости определяют по формуле

где r₁ минимальный радиус выбранного диапазона радиусов поровых каналов;
r₂ максимальный радиус выбранного диапазона радиусов поровых каналов;
F_д(r) - нормированная дифференциальная частота встречаемости радиусов поровых каналов динамического порового пространства;
F_э(r) - нормированная дифференциальная частота встречаемости радиусов поровых каналов эффективного порового пространства;
площадь между осью радиусов поровых каналов и нормированной дифференциальной кривой частоты встречаемости радиусов поровых каналов динамического порового пространства;
площадь между осью радиусов поровых каналов и нормированной дифференциальной кривой частоты встречаемости радиусов поровых каналов эффективного порового пространства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3