Способ количественного определения различных фаз водонасыщенности горных пород методом термомассометрии

Изобретение относится к области нефтяной геологии. Способ заключается в том, что образец породы экстрагируют от нефти, обессоливают, высушивают при 105°С, охлаждают, взвешивают в сухом состоянии, определяют пористость и проницаемость, под вакуумом насыщают полностью дистиллированной водой и находят общее количество воды в образце по разнице весов до и после насыщения. Образец подвергается термомассометрическому исследованию, заключающемуся в сушке образца при постоянной температуре в 60°С и в автоматической регистрации кинетики сушки до полной дегидратации воды через 30 сек. Проводят анализ термомассометрических данных изменения веса образца в процессе сушки за счет испарения воды. Строят кривую сушки Ао, отражающую уменьшение во времени насыщающей образец воды за счет испарения, которую преобразуют в дифференциальную Во и в интегральную Со кривые изменения во времени градиентов испарившейся воды в процессе сушки. Используя кривые Ао, Во, Со, по данным нормированных количеств изменения водонасыщенности строят кривую А сушки образца, отражающую изменения количества насыщающей образец воды относительно порового объема образца, и кривую В дифференциального и кривую С интегрального градиентов испарившейся воды относительно порового объема образца. Строят совмещенный график кривых А, В, С. На кривых В и С выделяют реперные точки, которые отражают последовательность динамики дегидратации воды в процессе сушки и соответствуют границам между различными фазами воды, а именно: между свободной Св и рыхлосвязанной Рхс, между рыхлосвязанной Рхс и слабосвязанной Сс, между слабосвязанной Сс и прочносвязанной Прс, между прочносвязанной Прс и кристаллизационной Кр. Количество свободной фазы воды Св определяют по отрезку кривой А, соответствующему самой интенсивной дегидратации образца и идентифицируемому от начальной 100%-ной водонасыщенности и до точки, соответствующей первой минимальной водонасыщенности на кривой В, спроецированной на кривую А; количество рыхлосвязанной фазы воды Рхс определяют по отрезку кривой А, соответствующему завершению интенсивной дегидратации образца и идентифицируемому от точки, соответствующей первой минимальной водонасыщенности на кривой В, спроецированной на кривую А, до точки максимальной водонасыщенности на кривой С, спроецированной на кривую А; количество слабосвязанной фазы воды Сс определяют по отрезку кривой А, соответствующей началу замедления дегидратации образца и идентифицируемому от точки максимальной водонасыщенности на кривой С, спроецированной на кривую А, до точки, соответствующей второй минимальной водонасыщенности на кривой В, спроецированной на кривую А; количество прочносвязанной фазы воды Прс определяют по отрезку кривой А, соответствующему резкому замедлению дегидратации образца и идентифицируемому от точки, соответствующей второй минимальной водонасыщенности на кривой В, спроецированной на кривую А, до точки начала выхода водонасыщенности кривой А на асимптоту; а количество кристаллизационной фазы воды Кр определяют по отрезку кривой А, соответствующему завершению дегидратации образца и идентифицируемому от точки начала выхода водонасыщенности кривой А на асимптоту до нулевого значения водонасыщенности на кривой А.

Техническим результатом изобретения является обеспечение надежности количественного определения различных фаз полностью насыщающей образец воды. 2 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к области нефтяной геологии и может использоваться в качестве петрофизического обоснования объемного моделирования нефтенасыщенности залежи, определения балансовых и извлекаемых запасов, прогнозирования результатов опробования и ожидаемых дебитов, проектирования разработки залежи при водонапорном способе эксплуатации и использовании методов повышения нефтеотдачи.

Известен способ количественного определения различных фаз водонасыщенности методом дифференциально-термического анализа водонасыщенности (Патент РФ №2007554), заключающийся в дегидратации образца за счет сушки до температуры испарения остаточной воды и определение ее по взвешиванию до и после сушки. Недостатки способа состоят в том, что он позволяет определять только количество остаточной воды, а температуру начала испарения остаточной воды необходимо устанавливать как для каждого образца отдельно, так и для каждой фракции грансостава, хотя любая из фракций в сравнении с целым образцом обладает другой структурой, все это свидетельствует о неопределенности критерия обоснования начала испарения остаточной воды и возможных неточностях ее определения.

Известен и другой способ (Патент РФ № 1595206) количественного определения водонасыщенности породы методом капиллярной вытяжки молотым силикагелем и изменения удельного электрического сопротивления образца с периодичностью в 1 час, когда остаточная водонасыщенность определяется по точке стабилизации удельного сопротивления на кривой зависимости его от водонасыщенности. Метод трудоемкий из-за необходимости повторения операции помещения образца в силикагель до 20 раз, вытяжка в течение 1 часа физически не обоснована, точка стабилизации сопротивления образца выражена слабо, из общей водонасыщенности возможна оценка только одной остаточной фазы.

Известен способ определения различных фаз суммарной водонасыщенности (Авторское свид. СССР №320607) путем обдувания воздухом при постоянной температуре. Изменение водонасыщенности образца устанавливается по данным периодического взвешивания, а различные фазы воды выделяются по характерным точкам кривой изменения температуры образца в процессе сушки. Основной недостаток способа заключается в неконтрастной дифференциации кривой изменения температуры образца, то есть в неопределенности фиксирования реперных точек, соответствующих границам смены одной фазы воды другой в процессе нагревания образца, что проявляется на неоднозначности определения различных фаз воды на кривой дегидратации.

Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в обеспечении надежности количественного определения различных фаз полностью насыщающей образец воды, в том числе и важнейшей из них - остаточной воды, с учетом подвижности каждой из фаз по реперным точкам, соответствующим границам между различными фазами воды у пород, отличающимися по коллекторским свойствам и структуре порового пространства.

Указанный технический результат достигается предлагаемым способом количественного определения различных фаз водонасыщенности горных пород методом термомассометрии, согласно которому из керна реальной нефте- или водонасыщенной породы изготовляют цилиндрический образец, который экстрагируют от нефти и обессоливают, затем высушивают до стабилизации массы сухого образца при 105°С, охлаждают в эксикаторе над хлористым кальцием, взвешивают в сухом состоянии, определяют у этого образца пористость и проницаемость по азоту или гелию, после этого под вакуумом производят 100%-ное насыщение образца дистиллированной водой, насыщенный образец снова взвешивают, по данным взвешивания до и после насыщения определяют суммарное водосодержание, затем производят термомассометрическое исследование, заключающееся в сушке образца при постоянной температуре в 60°С и регистрации кинетики дегидратации через каждые 30 сек, далее проводят анализ термомассометрических данных изменения веса образца в процессе сушки за счет испарения воды, по результатам анализа строят кривую сушки образца Ао, отражающую уменьшение во времени насыщающей образец воды за счет испарения, по выражению:

Ао=100·∑Квi/Рно,

где

Ao - кривая сушки образца, отражающая изменение количества насыщающей образец воды во времени в процессе сушки, %;

∑Квi - количество оставшейся в образце воды после каждого конкретного суммарного времени с момента начала сушки, г;

i - конкретный интервал времени с момента начала сушки образца, соответствующий количеству оставшейся в образце воды ∑Квi, сек;

Рно - начальный вес полностью водонасыщенного образца, г;

далее кривую сушки образца Ао преобразуют в дифференциальную Во и в интегральную Со кривые изменения во времени градиентов испарившейся воды в процессе сушки согласно следующим выражениям:

Во=ΔКвi/ΔTi,

Co=∑ΔКвi/∑ΔTi,

где

Во - дифференциальная кривая изменения во времени градиентов испарившейся воды в процессе сушки образца, г/сек;

Со - интегральная кривая изменения во времени градиентов испарившейся воды в процессе сушки образца, г/сек;

ΔКвi - испарившаяся из образца вода за каждый конкретный дискретный временной интервал в процессе сушки, г;

ΔTi - дискретное время сушки, соответствующее испарившейся из образца количеству воды ΔКвi, сек;

∑ΔКвi - количество испарившейся из образца вода за каждый конкретный суммарный временной интервал с момента начала сушки, г;

∑ΔTi - конкретный суммарный временной интервал с момента начала сушки, соответствующий испарившейся из образца количеству воды ∑ΔКвi, сек;

затем все измеренные количества оставшейся в образце воды ΔКвi и испарившейся ΔКвi и ∑ΔКвi делят на начальное количество воды Кв в образце и получают нормированные количества изменения водонасыщенности ∑Квi/Кв, ΔКвi/Кв и ∑ΔКвi/Кв относительно порового объема образца; после этого по данным нормированных количеств изменения водонасыщенности строят кривую А сушки образца, отражающую изменения количества насыщающей образец воды относительно порового объема образца, и кривую В дифференциального и кривую С интегрального градиентов испарившейся воды относительно порового объема образца согласно следующим выражениям:

А=100·∑Квi/Кв,

В=ΔКвi/Кв·ΔTi,

С=∑ΔКвi/Кв·∑ΔTi,

где

А - кривая сушки, отражающая изменение количества насыщающей образец воды во времени относительно порового объема образца в процессе сушки, %;

В - дифференциальная кривая изменения во времени градиентов испарившейся воды относительно порового объема образца в процессе сушки, %;

С - интегральная кривая изменения во времени градиентов испарившейся воды относительно порового объема образца в процессе сушки, %;

Кв - начальное количество воды при 100%-ном водонасыщении образца, г;

далее строят совмещенный график трех кривых А, В, С; на кривых В и С выделяют реперные точки, которые отражают последовательность динамики дегидратации воды в процессе сушки и соответствуют границам между различными фазами воды, а именно: между свободной Св и рыхлосвязанной Рхс, между рыхлосвязанной Рхс и слабосвязанной Сс, между слабосвязанной Сс и прочносвязанной Прс, между прочносвязанной Прс и кристаллизационной Кр; на совмещенном графике трех кривых по реперным точкам кривых В и С, спроецированных на кривую А, производят количественное определение пяти различных фаз насыщающей образец воды: свободной Св, рыхлосвязанной Рхс, слабосвязанной Сс, прочносвязанной Прс и кристаллизационной Кр следующим образом: количество свободной фазы воды Св определяют по отрезку кривой А, соответствующему самой интенсивной дегидратации образца и идентифицируемому от начальной 100%-ной водонасыщенности до точки, соответствующей первой минимальной водонасыщенности на кривой В, спроецированной на кривую А; количество рыхлосвязанной фазы воды Рхс определяют по отрезку кривой А, соответствующему завершению интенсивной дегидратации образца и идентифицируемому от точки, соответствующей первой минимальной водонасыщенности на кривой В, спроецированной на кривую А, до точки максимальной водонасыщенности на кривой С, спроецированной на кривую А; количество слабосвязанной фазы воды Сс определяют по отрезку кривой А, соответствующей началу замедления дегидратации образца и идентифицируемому от точки максимальной водонасыщенности на кривой С, спроецированной на кривую А, до точки, соответствующей второй минимальной водонасыщенности на кривой В, спроецированной на кривую А; количество прочносвязанной фазы воды Прс определяют по отрезку кривой А, соответствующему резкому замедлению дегидратации образца и идентифицируемому от точки, соответствующей второй минимальной водонасыщенности на кривой В, спроецированной на кривую А, до точки начала выхода водонасыщенности кривой А на асимптоту; а количество кристаллизационной фазы воды Кр определяют по отрезку кривой А, соответствующему завершению дегидратации образца и идентифицируемому от точки начала выхода водонасыщенности кривой А на асимптоту до нулевого значения водонасыщенности на кривой А.

Предлагаемый способ основан на следующих предпосылках. Различают различные фазы воды с учетом их подвижности: свободную фазу Св, рыхлосвязанную фазу Рхс, слабосвязанную фазу Сс, прочносвязанную фазу Прс и кристаллизационную фазу Кр. Дегидратация различных фаз воды в процессе сушки породы при постоянной температуре происходит ступенчато и за неодинаковые интервалы времени (Скибицкая Н.А., Морозович Я.Р. Метод аспирационной термометрии при изучении водонасыщенности горных пород // Сб. научных тр. / МИНХиГП. - М., 1975. - 31-38). Обусловлено это неодинаковой энергией связи каждой из фаз воды с поверхностью породы. На интегральных и дифференциальных кривых сушки это проявляется в реперных точках, соответствующих границам между различными фазами воды, которые позволяют судить о количественном соотношении каждой из фаз воды.

Предлагаемый способ иллюстрируется рисунками, где на рис.1 приведен совмещенный график кривых: А - кривая сушки, отражающая изменение количества насыщающей образец воды во времени относительно перового объема образца в процессе сушки, %; В - дифференциальная кривая изменения во времени градиентов испарившейся воды относительно порового объема образца в процессе сушки, %; С - интегральная кривая изменения во времени градиентов испарившейся воды относительно порового объема образца в процессе сушки, %; на рис.2 - графики зависимости различных фаз воды от структурного параметра пород.

В связи с плавностью изменения энергии связи различных фаз воды с породой, непрерывностью процесса удаления влаги во времени, одновременностью испарения и конденсации на кривой А, согласно предлагаемому способу, различные фазы воды выделяются недостаточно однозначно. Кривые В (дифференциальная) и С (интегральная) отражают динамику потери влаги при сушке более дифференцированно и достоверно. Они имеют хорошо выраженные реперные точки сушки, соответствующие границам между различными фазами воды, а дифференциальная кривая В, кроме того, отражает сложность и ступенчатость процесса дегидратации в связи с параллельно происходящими при сушке процессами парообразования и конденсации. Кривые В и С в предлагаемом способе в значительной степени дополняют друг друга, одновременное их использование позволяет однозначно выделять на кривой сушки А количество различных фаз воды.

Интегральная кривая С, согласно точке М (рис.1), делит всю воду в образце предварительно на две группы фаз, одна из них, с момента начала сушки до точки М на кривой С, характеризуется интенсивным испарением воды во времени, другая, после точки М до полной дегидратации - затухающим испарением воды во времени.

Дифференциальная кривая В на основании точек О, Е и К (рис.1) позволяет детализировать эти группы воды. В итоге совместная интерпретации кривых В и С термомассометрии позволяет надежно дифференцировать и осуществлять количественное определение по отрезкам кривой А, устанавливаемым по проекциями указанных ранее точек кривых С и В на кривой А, следующие фазы воды: свободную Св, рыхлосвязанную Рхс, слабосвязанную Сс, прочносвязанную Прс и кристаллизационную Кр. По концам отрезков кривой А на оси ординат определяют водонасыщенность.

К вышесказанному следует пояснить, что после сушки и повторного 100%-ного насыщения водой в образцах моделируется остаточная водонасыщенность (Ков) эталонным методом капилляриметрии. Сопоставление Ков с суммарным объемом трудноиспаряемых фаз воды (Тисп), включающим сумму трех фаз Сс+Прс+Кр, позволяет судить о фазовом составе Ков и о соотношении различных фаз воды, формирующих ее.

Новизна предлагаемого способа количественного определения различных фаз водонасыщенности горных пород методом термомассометрии состоит в следующем:

1. Термомассометрическое исследование различных фаз воды полностью насыщенного образца производится при постоянной температуре в 60°С, оптимальной для идентификации различных фаз насыщающей воды и их количественного определения.

2. Преобразование кривой Ао сушки образца, отражающей изменение количества насыщающей образец воды во времени в процессе сушки, в дифференциальную Во и интегральную Со кривые изменения во времени градиентов испарившейся воды в процессе сушки образца.

3. Модифицирование кривых Во и Со в дифференциальные В и интегральные С кривые изменения во времени градиентов испарившейся воды в процессе сушки относительно порового объема образца.

4. Установление на кривых В и С реперных точек испарения воды, соответствующих границам между различными фазами воды.

5. Количественное определение на кривой А различных фаз воды с учетом их подвижности по совокупности реперных точек кривых В и С, соответствующих границам различных фаз воды: свободной Св, рыхлосвязанной Рхс, слабосвязанной Сс, прочносвязанной Прс, кристаллизационной Кр.

Предлагаемый способ количественного определения различных фаз водонасыщенности горных пород методом термомассометрии осуществляется в следующей последовательности:

1. Высверливают образец цилиндрической формы из керна нефте- или водонасыщенной породы, затем его экстрагируют от нефти и обессоливают, высушивают при 105°С, охлаждают в эксикаторе над хлористым кальцием, взвешивают в сухом состоянии, определяют пористость и проницаемость по азоту или гелию, под вакуумом насыщают полностью дистиллированной водой, после насыщения образец снова взвешивают, находят общее количество воды в образце по разнице весов до и после насыщения.

2. Образец подвергается термомассометрическому исследованию, заключающемуся в сушке образца при постоянной температуре в 60°С и в автоматической регистрации кинетики сушки до полной дегидратации воды на влагомере АД-4714 (Япония) через 30 сек с точностью 0.1%.

3. Проводят анализ термомассометрических данных изменения веса образца в процессе сушки за счет испарения воды.

4. По данным анализа термомассометрических данных строят кривую сушки Ао, отражающей уменьшение во времени насыщающей образец воды за счет испарения, по выражению:

Ао=100·∑Квi/Рно,

где

Ао - кривая сушки образца, отражающая изменение количества насыщающей образец воды в процессе сушки, мас.%;

∑Квi - количество оставшейся в образце воды после каждого конкретного суммарного времени с момента начала сушки, г;

i - конкретный интервал времени с момента начала сушки образца, соответствующий количеству оставшейся в образце воды ∑Квi, сек;

Рно - начальный вес полностью водонасыщенного образца, г.

5. Кривую сушки образца Ао преобразуют в дифференциальную Во и в интегральную Со кривые изменения во времени градиентов испарившейся воды в процессе сушки следующим образом:

Во=ΔКвi/ΔTi,

Co=∑ΔКвi/∑ΔTi,

где

В - дифференциальная кривая изменения во времени градиентов испарившейся воды в процессе сушки образца, г/сек;

Со - интегральная кривая изменения во времени градиентов испарившейся воды в процессе сушки образца, г/сек;

ΔКвi - испарившаяся из образца вода за каждый конкретный дискретный временной интервал в процессе сушки, г;

ΔTi - дискретное время сушки, соответствующее испарившейся из образца количеству воды ΔКвi, сек;

∑ΔКвi - количество испарившейся из образца вода за каждый конкретный суммарный временной интервал с момента начала сушки, г;

∑ΔTi - конкретный суммарный временной интервал с момента начала сушки, соответствующий испарившейся из образца количеству воды ∑ΔКвi, сек.

6. Измеренные количества оставшейся воды в образце ∑ΔКвi и испарившейся ΔКвi и ∑ΔКвi делят на начальное количество воды Кв в образце и получают нормированные количества изменения водонасыщенности ∑Квi/Кв, ΔКвi/Кв, ∑ΔКвi/Кв относительно порового объема образца.

7. По данным нормированных количеств изменения водонасыщенности строят кривую А сушки образца, отражающую изменения количества насыщающей образец воды относительно порового объема образца, и кривую В дифференциального и кривую С интегрального градиентов испарившейся воды относительно порового объема образца согласно следующим выражениям:

А=100·∑Квi/Кв,

В=ΔКвi/Кв·ΔTi,

С=∑ΔКвi/Кв·ΔTi

где

А - кривая сушки, отражающая изменение количества насыщающей воды во времени относительно порового объема образца в процессе сушки, %;

В - дифференциальная кривая изменения во времени градиентов испарившейся воды в процессе сушки относительно порового объема образца, %;

С - интегральная кривая изменения во времени градиентов испарившейся воды относительно порового объема образца в процессе сушки, %;

Кв - начальное количество воды при 100%-ном водонасыщении образца, г.

8. Строят совмещенный график кривых А, В, С.

9. На кривых В и С выделяют реперные точки, которые отражают последовательность динамики дегидратации воды в процессе сушки и соответствуют границам между различными фазами воды, а именно: между свободной Св и рыхлосвязанной Рхс, между рыхлосвязанной Рхс и слабосвязанной Сс, между слабосвязанной Сс и прочносвязанной Прс, между прочносвязанной Прс и кристаллизационной Кр. Реперная точка между Св и Рхс соответствует точке первой минимальной водонасыщенности на кривой В (точка O, рис.1); реперная точка между Рхс и Сс соответствует точке максимальной водонасыщенности на кривой С (точка М, рис.1); реперная точка между Сс и Прс соответствует точке, соответствующей второй минимальной водонасыщенности на кривой В (точка Е, рис.1); реперная точка между Прс и Кр соответствует точке начала выхода водонасыщенности кривой А на асимптоту (точка К, рис.1).

10. На совмещенном графике трех кривых по реперным точкам кривых В и С, которые проецируют на кривую А (проводят от реперных точек вертикальные прямые, параллельные оси ординат, на кривую А), выделяют отрезки на кривой А, по которым устанавливают количество пяти различных фаз насыщающей образец воды: свободной Св, рыхлосвязанной Рхс, слабосвязанной Сс, прочносвязанной Прс, кристаллизационной Кр следующим образом:

- количество свободной фазы воды Св определяют по отрезку кривой А от точки 100% водонасыщенности до точки O₁, идентифицируемой по точке О первой минимальной водонасыщенности на кривой В, этот отрезок соответствует самой интенсивной дегидратации образца;

- количество рыхлосвязанной фазы воды Рхс определяют по отрезку кривой А между точками O₁-M₁, у которого точка M₁ идентифицируется по точке М для максимальной водонасыщенности на кривой С, этот отрезок соответствует завершению интенсивной дегидратации образца;

- количество слабосвязанной фазы воды Сс определяют по отрезку кривой А между точками M₁-E₁, у которого точка E₁ идентифицируется по точке Е для второй минимальной водонасыщенности на кривой В, этот отрезок соответствует началу замедления дегидратации образца;

- количество прочносвязанной фазы воды Прс определяют по отрезку кривой А между точками E₁-K₁, у которого точка K₁ идентифицируется по точке К начала выхода на асимптоту кривой А, этот отрезок соответствует резкому снижению дегидратации образца;

- количество кристаллизационной фазы воды Кр определяют по отрезку начала выхода водонасыщенности кривой А на асимптоту от точки K₁ до нулевого значения водонасыщенности, этот отрезок соответствует завершению дегидратации образца.

Концам указанных выделенных отрезков на кривой А соответствует определенная водонасыщенность (на оси ординат), используя которую и устанавливают количество различных фаз воды в образце.

На основании литературных источников (Дахнов В.Н. Определение петрофизических характеристик по образцам. М.: Недра, 1977. - 431 с.) свободная фаза Св приурочена к крупным порам и поровым каналам, удерживается капиллярными и осмотическими силами, гравитационно подвижная и слабо зависит от смачиваемости пород. Рыхлосвязанная фаза Рхс формируется в тонких поровых каналах, тупиковых порах и их стыках, менее подвижная, но может перемещаться под влиянием градиентов давления, удерживается капиллярными и осмотическими силами за счет электромолекулярного взаимовоздействия с твердой поверхностью, резкое увеличение которых происходит в каналах менее 2-2.5 мм. Слабосвязанная фаза Сс является аналогом пленочной, послойно-адсорбционной воды за счет проявления молекулярных сил, прочно связана с породой и зависит от типа смачиваемости, не передает гидростатическое давление, обладает аномальными свойствами по вязкости и температуре замерзания. К прочносвязанной фазе Прс относится вода условного монослоя за счет проявления молекулярных водородных связей, удерживается силой до 10 тыс. атм, переносится в парообразном состоянии и не передает гидростатическое давление. Кристаллизационная фаза воды Кр в виде отдельных молекул прочно связана с породой за счет атомарно-молекулярного взаимодействия катионов и анионов с ОН-группами кристаллической решетки минералов.

Реализация предлагаемого способа иллюстрируется следующим примером, полученные данные которого приведены в таблице 1:

- из керна разновозрастных карбонатных пород было изготовлено 20 цилиндрических образцов, которые были проэкстрагированы от нефти и обессолены;

- образцы были высушены при 105°С и охлаждены в эксикаторе над хлористым кальцием;

- у каждого образца были определены пористость и проницаемость, согласно которым пористость карбонатных пород охарактеризована в диапазоне 10.8÷20.9%, а проницаемость - в диапазоне 9.13÷1322.0 мД;

- под вакуумом каждый образец был полностью насыщен дистиллированной водой, количество которой определено по данным взвешивания до и после насыщения;

- каждый образец высушивался при температуре в 60°С до полной дегидратации, что фиксировалось по стабилизации изменения его веса, который регистрировался через каждые 30 сек с точностью 0.1%;

- далее проведен анализ термомассометрических данных изменения во времени веса образца в процессе дегидратации за счет испарения воды;

- для каждого образца рассчитаны и построены кривые сушки Ао, уменьшения начальной водонасыщенности во времени в процессе сушки;

- затем кривые Ао преобразованы в кривые дифференциальных Во и интегральных Со градиентов изменения водонасыщенности во времени в процессе испарения;

- кривые Ао модифицированы в кривые А изменения начальной водонасыщенности во времени относительно перового объема образца, а кривые Во и Со - в кривые В и С изменения градиентов испарившейся воды относительно перового объема образца;

- на кривых В, С установлены реперные точки, соответствующие границам между различными фазами воды;

- по совокупности реперных точек кривых В и С на кривой А суммарное водосодержание каждого образца дифференцировано на различные ее фазы и определено их количество. Пример дифференциации суммарного водосодержания образца и количественного определения различных ее фаз для конкретного образца показан на рис.1.

Количественное соотношение различных фаз воды на примере карбонатных пород разновозрастных отложений приведено в таблице 1. Среднее количество каждой из фаз воды в карбонатных породах следующее: Кр - 2.1%, Прс - 15.5%, Сс - 14.2%, Рхс - 66.6%, Св - 1.1%. Диапазоны колебания их в значительной степени зависят от коллекторских свойств. Таким образом, при 100%-ном водонасыщении основной объем воды приходится на подвижную рыхлосвязанную фазу Рхс - 66.6% при диапазоне 51.3÷78.3%. На совокупность фаз Св+Рхс+Сс, которые являются подвижными под влиянием перепада давления, приходится в среднем 82%. Количество фаз Кр, Прс, Сс и Св уменьшается по мере улучшения коллекторских свойств пород, а количество фазы Рхс, наоборот, увеличивается.

Содержание различных фаз воды контролируется, главным образом, структурой перового пространства, которая выражена в виде комплексного структурного параметра (Ксп), эквивалентного среднему радиусу поровых каналов с учетом извилистости:

Ксп=(8·Кпрг·Тг²/Кп)^0.5,

где Кпрг - газопроницаемость, мД; Кп - пористость, %; Тг - извилистость поровых каналов, ед. Извилистость для исследуемых карбонатных пород определена через проницаемость по зависимости, коэффициент корреляции которой -0.94 (Удельная поверхность карбонатных пород // Сб. научн. тр. / ИГиРГИ. - М., 1975. - Вып.23. - С.68-74):

Тг=12.8/Кпрг^0.25.

Зависимости различных фаз воды от структурного параметра пород представлены на рис.2 и описываются следующими выражениями:

Кр, Св=-0.15·Ксп+3.44,	R=-0.346
Прс=-1.00·Ксп+25.45,	R=-0.548
Сс=-1.07·Ксп+24.81,	R=-0.514
Рхс=2.10·Ксп+46.74,	R=0.834

Содержание фаз воды Кр и Св стабильно низкое и описывается единой зависимостью, отражающей слабую тенденцию увеличения с ухудшением коллекторских свойств пород. Влияние структуры порового пространства на фазы воды Прс и Сс проявляется сильнее, для них характерна явная тенденция уменьшения с ухудшением коллекторских свойств пород. Количественно они отличаются незначительно, тем не менее, описываются самостоятельными зависимостями. Наиболее тесно от структуры порового пространства зависит рыхлосвязанная фаза воды Рхс, которая значительно увеличивается у высокопроницаемых пород.

Остаточная водонасыщенность Ков, определенная методом капилляриметрии, тесно связана с объемом трудно испаряющихся фаз воды Тисп, включающим три фазы воды Сс+Прс+Кр, и структурным параметром Ксп:

Ков=19.185-1.644·Ксп+0.332·Тисп.

Экспериментальные значения остаточной водонасыщенности по капилляриметрии и рассчитанные по этой зависимости достаточно близкие, а средние по исследованной выборке образцов полностью совпадают. Это свидетельствует о надежной идентификации предлагаемым способом фаз воды, формирующих остаточную водонасыщенность (таблица 2).

Способ количественного определения различных фаз водонасыщенности горных пород методом термомассометрии, характеризующийся тем, что из керна реальной нефте- или водонасыщенной породы изготовляют цилиндрический образец, который экстрагируют от нефти и обессоливают, затем высушивают до стабилизации массы сухого образца при 105°С, охлаждают в эксикаторе над хлористым кальцием, взвешивают в сухом состоянии, определяют у этого образца пористость и проницаемость по азоту или гелию, после этого под вакуумом производят 100%-ное насыщение образца дистиллированной водой, насыщенный образец снова взвешивают, по данным взвешивания до и после насыщения определяют суммарное водосодержание, затем производят термомассометрическое исследование, заключающееся в сушке образца при постоянной температуре 60°С и регистрации кинетики дегидратации через каждые 30 с, далее проводят анализ термомассометрических данных изменения веса образца в процессе сушки за счет испарения воды, по результатам анализа строят кривую сушки образца Ао, отражающую уменьшение во времени насыщающей образец воды за счет испарения, по выражению:
Ao=100·∑Квi/Рно,
где Ао - кривая сушки образца, отражающая изменение количества насыщающей образец воды во времени в процессе сушки, %;
∑Квi - количество оставшейся в образце воды после каждого конкретного суммарного времени с момента начала сушки, г;
i - конкретный интервал времени с момента начала сушки образца, соответствующий количеству оставшейся в образце воды ∑Квi, с;
Рно - начальный вес полностью водонасыщенного образца, г,
далее кривую сушки образца Ао преобразуют в дифференциальную Во и в интегральную Со кривые изменения во времени градиентов испарившейся воды в процессе сушки согласно следующим выражениям:
Bo=ΔКвi/ΔTi,
Co=∑ΔКвi/∑ΔTi,
где Во - дифференциальная кривая изменения во времени градиентов испарившейся воды в процессе сушки образца, г/с;
Со - интегральная кривая изменения во времени градиентов испарившейся воды в процессе сушки образца, г/с;
ΔКвi - испарившаяся из образца вода за каждый конкретный дискретный временной интервал в процессе сушки, г;
ΔTi - дискретное время сушки, соответствующее испарившемуся из образца количеству воды ΔКвi, с;
∑ΔКвi - количество испарившейся из образца воды за каждый конкретный суммарный временной интервал с момента начала сушки, г;
∑ΔTi - конкретный суммарный временной интервал с момента начала сушки, соответствующий испарившемуся из образца количеству воды ∑ΔКвi, с,
затем все измеренные количества оставшейся в образце воды ∑Квi и испарившейся ΔКвi и ∑ΔКвi делят на начальное количество воды Кв в образце и получают нормированные количества изменения водонасыщенности ∑Квi/Кв, ΔКвi/Кв и ∑ΔКвi/Kв относительно порового объема образца; после этого по данным нормированных количеств изменения водонасыщенности строят кривую А сушки образца, отражающую изменения количества насыщающей образец воды относительно порового объема образца, и кривую В дифференциального и кривую С интегрального градиентов испарившейся воды относительно порового объема образца согласно следующим выражениям:
А=100·∑Квi/Кв,
B=ΔKвi/Kв·ΔTi,
C=∑ΔКвi/Кв·∑ΔTi,
где А - кривая сушки, отражающая изменение количества насыщающей образец воды во времени относительно порового объема образца в процессе сушки, %;
В - дифференциальная кривая изменения во времени градиентов испарившейся воды относительно порового объема образца в процессе сушки, %;
С - интегральная кривая изменения во времени градиентов испарившейся воды относительно порового объема образца в процессе сушки, %;
Кв - начальное количество воды при 100%-ном водонасыщении образца, г,
далее строят совмещенный график трех кривых А, В, С; на кривых В и С выделяют реперные точки, которые отражают последовательность динамики дегидратации воды в процессе сушки и соответствуют границам между различными фазами воды, а именно: между свободной Св и рыхлосвязанной Рхс, между рыхлосвязанной Рхс и слабосвязанной Сс, между слабосвязанной Сс и прочносвязанной Прс, между прочносвязанной Прс и кристаллизационной Кр; на совмещенном графике трех кривых по реперным точкам кривых В и С, спроецированных на кривую А, производят количественное определение пяти различных фаз насыщающей образец воды: свободной Св, рыхлосвязанной Рхс, слабосвязанной Сс, прочносвязанной Прс и кристаллизационной Кр следующим образом: количество свободной фазы воды Св определяют по отрезку кривой А, соответствующему самой интенсивной дегидратации образца и идентифицируемому от начальной 100%-ной водонасыщенности до точки, соответствующей первой минимальной водонасыщенности на кривой В, спроецированной на кривую А; количество рыхлосвязанной фазы воды Рхс определяют по отрезку кривой А, соответствующему завершению интенсивной дегидратации образца и идентифицируемому от точки, соответствующей первой минимальной водонасыщенности на кривой В, спроецированной на кривую А, до точки максимальной водонасыщенности на кривой С, спроецированной на кривую А; количество слабосвязанной фазы воды Сс определяют по отрезку кривой А, соответствующей началу замедления дегидратации образца и идентифицируемому от точки максимальной водонасыщенности на кривой С, спроецированной на кривую А, до точки, соответствующей второй минимальной водонасыщенности на кривой В, спроецированной на кривую А; количество прочносвязанной фазы воды Прс определяют по отрезку кривой А, соответствующему резкому замедлению дегидратации образца и идентифицируемому от точки, соответствующей второй минимальной водонасыщенности на кривой В, спроецированной на кривую А, до точки начала выхода водонасыщенности кривой А на асимптоту; а количество кристаллизационной фазы воды Кр определяют по отрезку кривой А, соответствующему завершению дегидратации образца и идентифицируемому от точки начала выхода водонасыщенности кривой А на асимптоту до нулевого значения водонасыщенности на кривой А.