Способ определения открытой пористости образца горной породы

Использование: при проведении поисковых работ по определению запасов нефти и газа. Сущность: отмытый и высушенный образец термостатируют в гидравлической системе с известной величиной мертвого объема (V_ГС), которая способна создавать пластовое давление. Затем гидравлическую систему совместно с образцом вакуумируют, воздействуют на образец давлением всестороннего обжима и непрерывно насыщают флюидом, повышая давление в поровом объеме образца до давления, равного пластовому давлению. В процессе насыщения поддерживают величину эффективного давления постоянной и измеряют суммарный объем флюида (V_Σ), необходимый для насыщения образца до стабилизации пластового давления. По разности объемов (V_Σ) и (V_ГС) определяют открытую пористость образца. Технический результат изобретения заключается в возможности определения открытой пористости образца горной породы в пластовых условиях. 1 ил.

 

Изобретение предназначено для геологии и геофизики и может быть использовано при проведении поисковых работ по определению запасов нефти и газа.

Известен способ определения открытой пористости пород-коллекторов методом Преображенского, при котором открытая пористость определяется объемом керосина, вошедшего в поровое пространство предварительно отмытого и высушенного образца породы, а объем образца - гидростатическим взвешиванием в керосине. При этом высушенный и взвешенный образец насыщается под вакуумом в течение 30 мин чистым профильтрованным керосином. [1].

Главным недостатком метода является то, что определение открытой пористости производится не в пластовых условиях, т.е. измерения производятся в условиях, когда температура, пластовое и горное давления в образце породы не соответствуют этим параметрам в подземном пласте, из которого взят образец породы.

Другой недостаток метода заключается в том, что отсутствует контроль окончания процесса насыщения, а, как показывает практика, насыщение под вакуумом не обеспечивает полного насыщения пор породы в течение даже длительного времени.

Известен [2] способ определения пористости образцов горных пород в пластовых условиях, при котором первоначально определяют пористость образца методом Преображенского, после чего насыщенный пластовым флюидом образец породы подвергают воздействию внутрипорового давления и давления всестороннего обжима, каждое из которых вначале равно по величине пластовому давлению, т.е. вначале разность между этими давлениями или так называемое эффективное давление равно нулю.

Затем эффективное давление увеличивают за счет увеличения давления всестороннего обжима до величины горного давления, т.е. до давления, под которым находится горная порода, образующая скелет образца открытой пористости на глубине залегания породы, и при этом давление в порах образца с помощью клапана предельного давления поддерживают равным пластовому, т.е. давлению, под которым находится пластовый флюид в порах образца на глубине залегания.

В ходе изменения эффективного давления стравливают ртуть через клапан из сосуда, сообщающегося с поровым объемом образца, и по объему ртути определяют искомую величину пористости в пластовых условиях, вычитая этот объем ртути из общего объема пористости, определенной по методу Преображенского. Принципиальная схема для осуществления этого способа включает в себя камеру высокого давления, герметизирующую манжету, стеклянный капилляр, клапан предельного давления, сосуд высокого давления, заполненный ртутью, манометры, вентиль, гидравлический насос и соединительные капилляры высокого давления.

Данный способ имеет ряд недостатков:

- при равенстве давления внутри пор и давления всестороннего обжима эффективное давление равно нулю и манжета не обжимает плотно поверхность образца породы, в результате чего при повышении эффективного давления в процессе доведения всестороннего обжима до величины горного давления может происходить выдавливание флюида из-под манжеты за счет шероховатости поверхности образца, который будет восприниматься как часть объема сжимающихся пор породы и будет вносить ошибку в определение пористости;

- при повышении горного давления течение флюида из пор образца обратно течению флюида при насыщении, что может влиять на определение пористости образца;

- использование ртути и возможность ее выброса в атмосферу в случае срабатывания клапана предельного давления опасно с экологической точки зрения;

- процесс насыщения выделен в отдельную операцию, при которой отсутствует контроль за окончанием процесса насыщения породы;

- открытая пористость образца измеряется с помощью косвенного измерения, а не прямым измерением объема флюида, находящегося в порах образца.

Предметом изобретения является способ определения открытой пористости образца путем прямого измерения объема флюида заполняющего поры образца в условиях контролируемого насыщения.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения открытой пористости образца горной породы, включающем воздействие на образец пластовых температур и давления, согласно заявляемому изобретению в гидравлическую систему, обеспечивающую создание пластового давления, с известной величиной мертвого объема (V_ГС), помещают предварительно отмытый и высушенный образец, после чего гидравлическую систему совместно с образцом вакуумируют, воздействуют на образец давлением всестороннего обжима и непрерывно насыщают флюидом, повышая давления в поровом объеме образца до давления, равного пластовому давлению, при этом поддерживают величину эффективного давления постоянной и измеряют суммарный объем флюида (V_Σ), необходимый для насыщения образца до стабилизации пластового давления, после чего по разности объемов (V_Σ) и (V_ГС) определяют открытую пористость образца.

Вышеперечисленные приемы позволяют определять открытую пористость образца горной породы в пластовых условиях.

При определении открытой пористости образца горной породы прием непрерывного заполнения флюидом пор вакуумированного образца известен, но осуществляется этот способ не в пластовых условиях [1].

Совокупное воздействие на образец пластового давления и давления всестороннего обжима известно [2] и осуществляется в следующей последовательности: в начале на образец воздействуют пластовым давлением и давлением всестороннего обжима, а затем давление всестороннего обжима увеличивают, что приводит к возрастанию эффективного давления. В заявляемом способе последовательность воздействия обратная: в начале на образец воздействуют давлением всестороннего обжима и затем создают внутри пор пластовое давление, причем величину эффективного давления поддерживают постоянной, т.е. по мере возрастания пластового давления увеличивают давление всестороннего обжима.

Таким образом, очевидно, что совокупность последовательности операций при заполнении флюидом пор образца горной породы является новой.

Неожиданным является достижение насыщения образца при однократной последовательности воздействия давления всестороннего обжима и пластового давления, поскольку практика показывает, что насыщение под вакуумом может длится десятки часов и суток, а в известном способе [3] приближение насыщения образца к его насыщению в пластовых условиях достигается при многократном нагнетании воды в образец, предварительно экстрагированный и высушенный стандартным методом, под поровым давлением с одновременным гидравлическим обжимом образца статическим давлением в чередовании с разгрузкой до атмосферных условий.

Сущность изобретения поясняет чертежом с изображением схемы установки, в которой реализуют способ.

Установка, обеспечивающая создание пластовых условий (фиг.1), состоит из термостата 1, насосной измерительной системы 2, создающей давление всестороннего обжима, манжеты 3, в которую помещают образец горной породы 4, и гидравлической системы, включающей рабочую камеру 5 и ограничивающие пневматические клапаны 6 и 7, соединенные с насосной измерительной системой 8, создающей пластовое давление, и вакуумным насосом 9, соответственно. Под термином "насосная измерительная система" подразумевают систему, которая одновременно закачивает флюид и измеряет его давление и объем.

Способ реализуют следующим образом.

Предварительно отмытый и высушенный образец породы 4 помещают в герметичной резиновой манжете 3 в рабочую камеру 5 установки, обеспечивающей создание пластовых условий. Образец термостатируют. При открытых клапанах 6 и 7 образец и гидравлическую систему с известным мертвым объемом (V_ГС), обеспечивающую создание пластового давления, вакуумируют, после чего клапаны 6 и 7 закрывают. С помощью насосной измерительной системы 8 гидравлическую систему вплоть до закрытого клапана 6 заполняют флюидом. При помощи насосной измерительной системы 2 в рабочей камере создают давление всестороннего обжима, которое в течение всего процесса превышает пластовое давление на величину эффективного давления. После этого открывают клапан 6 и с помощью насосной измерительной системы 8 закачивают в гидравлическую систему с образцом такой объем флюида (V_Σ), чтобы давление в поровом объеме образца стабильно равнялось пластовому, что соответствует достижению насыщения в образце. Этот объем закаченного флюида (V_Σ) за вычетом известного мертвого объема (V_ГС) гидравлической системы и будет равен поровому объему образца в пластовых условиях.

Пример.

Образец отмывают, высушивают по стандартным методикам и в манжете 3 помещают в рабочую камеру и термостатируют при температуре 65°С. Мертвый объем используемой гидравлической системы составляет 2000 мм³ при пластовой температуре 65°С. Гидравлическую систему с образцом при открытых клапанах 6 и 7 вакуумируют до давления 6,7·10^-6 МПа, используя для этой цели насос 9. Затем клапаны 6 и 7 закрывают, при помощи насосной измерительной системы 8 заполняют гидравлическую систему флюидом вплоть до закрытого клапана 6. При помощи насосной измерительной системы 2 в рабочей камере создают начальное давление всестороннего обжима 10 МПа, что соответствует эффективному давлению 10 МПа в пласте, поскольку при этом образец еще остается под вакуумом. Открывают клапан 6 и с помощью насосной измерительной системы 8 закачивают в гидравлическую систему с образцом флюид. При этом с помощью насосной измерительной системы 2 поддерживают давление всестороннего обжима таким, чтобы эффективное давление в течение всего процесса оставалось равным 10 МПа. После закачки в гидравлическую систему флюида в объеме (V_Σ), равном 9065 мм³, давление в поровом объеме образца достигает величины пластового давления равного 30 МПа, а давление всестороннего обжима достигает величины 40 МПа. При этом для поддержания стабильности пластового давления в течение часа насосной измерительной системой 8 в образец закачивается не более ±5 мм³ флюида, что достаточно для того, чтобы процесс насыщения считать законченным. Таким образом, объем открытой пористости данного образца горной породы составил 7065 мм³.

Определение открытой пористости образца горной породы таким образом происходит при контролируемом насыщении и при прямом измерении объема флюида, вошедшего в поры образца при насыщении.

Источники информации

1. В.Н.Кобранова и Н.Д.Лепарская. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД, Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы, стр.21, Москва 1957.

2. Авт.св. СССР №303566, G 01 N 15/08.

3. Авт.св. СССР №1525270, Е 21 В 49/00.

Способ определения открытой пористости образца горной породы, включающий воздействие на образец пластовых температур и давления, отличающийся тем, что предварительно отмытый и высушенный образец помещают в гидравлическую систему, обеспечивающую создание пластового давления, с известной величиной мертвого объема (V_ГС), после чего гидравлическую систему совместно с образцом вакуумируют, воздействуют на образец давлением всестороннего обжима и непрерывно насыщают флюидом, повышая давление в поровом объеме образца до давления, равного пластовому давлению, при этом поддерживают величину эффективного давления постоянной и измеряют суммарный объем флюида (V_Σ), необходимый для насыщения образца до стабилизации пластового давления, после чего по разности объемов (V_Σ) и (V_ГС) определяют открытую пористость образца.