Индикатор для экспрессной оценки содержания глины в образцах керна

Изобретение может быть использовано в процессе пробоподготовки алевролитов терригенных пород к проведению петрофизических исследований. Применяют водный раствор красителя метиленового голубого (C₁₆H₁₈ClN₃S·3H₂O) объемом 10 см³ с концентрацией 0,73 мг/см³ на 1 г кернового материала в качестве индикатора для проведения петрофизических исследований путем экспрессного разделения образцов керна на отдельные группы. При этом применение красителя проводят перед этапом высушивания образцов с учетом диапазона глинистости, характеризующего сильноглинистые породы. Метод позволяет для образцов керна с любым содержанием глинистого цемента независимо от его компонентного состава экспрессно и наглядно определить допустимую для образцов температуру сушки.

 

Настоящее изобретение относится к нефтяной и газовой геологии, а именно к пробоподготовке алевролитов терригенных пород, к проведению петрофизических исследований.

Важным этапом при подготовке образцов к петрофизическим исследованиям является процесс сушки образцов [ГОСТ 26450.1-85. Методы определения коллекторских свойств. Метод определения коэффициента открытой пористости жидкостенасыщением. - Введ. 1985-02-27. - М.: Изд-во стандартов, 1985. - 12 с.; ГОСТ 26450.2-85. Породы горные. Метод определения коэффициента абсолютной газопроницаемости при стационарной и нестационарной фильтрации. - Введ. 1985-02-27. - М.: Изд-во стандартов, 1985. - 17 с.].

Согласно требованиям [ГОСТ 26450.1-85, ГОСТ 26450.2-85] сушку образцов породы необходимо проводить в сушильном шкафу при температуре (105±2)°С до постоянной массы с погрешностью до 0,001 г.

В [ГОСТ 26450.1-85, ГОСТ 26450.2-85] отмечается, что сильноглинистые породы необходимо обязательно сушить в термовакуумных шкафах при температуре (70±2)°С.

Очевидно, что перед сушкой образцов необходимо провести разделение образцов на те, которые буду сушиться при температуре 70° или 105°С.

В [ГОСТ 26450.1-85, ГОСТ 26450.2-85] отсутствуют технические рекомендации к проведению такого разделения, поэтому часто данное разделение выполняется геологами достаточно условно.

На практике соблюдение требований [ГОСТ 26450.1-85, ГОСТ 26450.2-85] особенно сложно провести для алевролитов с высоким содержанием глинистого материала.

В грунтоведении и инженерной геологии к глинам относят породы с содержанием глинистых частиц больше 30% [Логвиненко, Н.В. Методы определения осадочных пород: учеб. пособие / Н.В. Логвиненко, Э.И. Сергеева. - Л.: Недра, 1986. - 240 с.]. Отметим, что увеличение температуры сушки глинистых пород может привести к необратимому разрушению структуры породы.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является метод [US 4495292 A. Determination of expandable clay minerals at well sites. - опубл. 22.01.1985], который разработан как аналог методу рентгенофазового анализа глинистых минералов.

Данное техническое решение имеет ряд недостатков:

- так как метод не направлен на решение задачи использования водного раствора метиленового голубого для экспрессной оценки связи прозрачности раствора после взаимодействия с породой с определением необходимой температурой сушки образцов, то поэтому возможность получения полностью прозрачных растворов в методе не рассматривается, а критерий оценки соотношения прозрачность раствора - температура сушки образца в методе отсутствует;

- применимость метода достаточно ограничена, так как рассматривается его реализация только для песчаников и к тому же в методологии указанного изобретения выявлен целый ряд допущений, которые еще больше ограничивают область его применения, а именно не учитывается наличие в породе достаточного представительной группы глинистых минералов, таких как смешеннослойных глинистых минералов;

- метод не позволяет выделить отдельно каолинит и хлорит, поэтому авторы предложили считать, что данные глинистые минералы имеют одинаковые значения емкости катионного обмена. Отметим, что в содержании глинистого цемента большинства образцов обычно всегда преобладают каолинит и хлорит. Следовательно, данное допущение существенно снижает достоверность определения глинистости образцов данным методом;

- предложенный алгоритм проведения эксперимента имеет очень низкую "пропускную способность". Авторы отмечают, что смогли провести всего 17 экспериментов за 4 часа. Данный норматив не соответствует современным запросам о получении простого и наглядного способа решения задачи одновременного выбора температурного режима сушки для большого количества образцов. Стандартным явлением при работе современной петрофизической лаборатории является не процесс одиночной сушки образцов, а одновременная сушка в сушильных шкафах при необходимых температурных режимах от нескольких десятков до нескольких сот стандартных образцов. Сушка является обязательным этапом пробоподготовки для всех образцов, в частности, перед измерением их абсолютной газопроницаемости. При этом нельзя допустить разрушения образцов из-за нарушения температурного режима;

- несмотря на заявленную авторами простоту, метод для реализации на практике требует использования специального оборудования (центрифуга, термошкаф для нагрева образцов до 600°С, спектрометр), что свидетельствует о достаточно сложной процедуре проведения эксперимента и необходимости привлечения к работе специалистов достаточно высокого класса;

- для проведения анализа требуется достаточно большое количество кернового материала, так как предполагается проводить 2-ступенчатый анализ прозрачности раствора до и после термической обработки песчаника.

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в разработке простого и наглядного метода выбора допустимых температурных режимов сушки образцов керна, который можно реализовать в петрофизической лаборатории одновременно для большого числа образцов.

Данная задача достигается применением водного раствора красителя метиленового голубого (C₁₆H₁₈ClN₃S·3H₂O) объемом 10 см³ с концентрацией 0,73 мг/см³ на 1 г кернового материала в качестве индикатора для проведения петрофизических исследований путем экспрессного разделения образцов керна на отдельные группы перед этапом высушивания образцов с учетом диапазона глинистости, характеризующего сильноглинистые породы.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является отсутствие признаков разрушения стандартного образца керна при их сушке, температурный интервал которой определяется экспресс-анализом на предмет полной прозрачности или наличия окраски 10 см³ водного раствора метиленового голубого с концентрацией 0,73 мг/см³ после взаимодействия с навеской массой 1 грамм кернового материала, отобранного с того же места взятия, что и стандартный образец.

В результате взаимодействия минералов глинистого цемента образца керна с раствором красителя часть катионов метиленового голубого адсорбируется глинистыми минералами. Данная адсорбция приводит к "осветлению" раствора.

В ряду глинистых минералов каолинит является минералом с самой малой емкостью катионного поглощения. Значение массовой емкости катионного обмена Q₁₀₀ каолинита составляет 7,6 мг-экв/100 г.

Количественное определение диапазона глинистости пород, при которых допустима температура сушки не выше 70°С, а также использование значения Q₁₀₀ каолинита позволяет определить критерий соотношения окрашенность (отсутствие окрашенности) раствора - температура сушки (105 или 70°С) и однозначно избежать разрушения образцов керна в процессе их сушки с любым содержанием глинистого цемента независимо от его компонентного состава.

Для проведения экспресс-анализа предлагается использовать для навески образца керна массой 1 г водный раствор метиленового голубого объема 10 см³ с концентрацией 0,73 мг/см³.

Если при данном объеме и концентрации раствор метиленового голубого после взаимодействия с навеской породы массой в 1 г полностью "просветлеет", то необходимо проводить сушку образцов только при температуре не выше 70°С.

Если при данном объеме и концентрации раствор метиленового голубого после взаимодействия с навеской породы массой в 1 г останется окрашенным, то можно проводить сушку образцов при температуре 105°С.

Рассмотрим порядок приготовления индикатора для экспрессной оценки содержания глины в образцах терригенных пород и определения допустимой температуры сушки:

1. Порошок красителя метиленового голубого помещают в бюкс и высушивают при температуре 105°С в течение 3 ч в сушильном шкафу до постоянной массы.

2. Взвешивают 0,73 г метиленового голубого.

3. Помещают краситель в химический стакан и приливают 150-200 см³ дистиллированной воды, нагретой до 60-80°С.

4. Проводят помешивание раствора стеклянной палочкой.

5. Раствор над нерастворившимся красителем метиленового голубого сливают в мерную колбу вместимостью 1000 см³.

6. В стакан с остатками нерастворившегося красителя снова приливают горячую воду и перемешивают. Раствор сливают в ту же мерную колбу.

7. Операцию повторяют до полного растворения метиленового голубого.

8. Раствор в мерной колбе охлаждают до температуры 20°С, доливают водой до метки и тщательно перемешивают.

9. Хранят раствор в защищенном от света месте при температуре (20±2)°С.

Отметим важные аспекты, которые необходимо учесть при проведении экспресс-анализа выбора температурного режима сушки образцов керна:

1. Число одновременно проводимых экспериментов отграничивается только наличием стеклянных пробирок, пригодных для проведения экспресс-анализа.

2. Образцы растирают в агатовой ступке.

3. Навеску образца (1 грамм) помещают в стеклянную пробирку и заливают 10 см³ водным раствором метиленового голубого с концентрацией 0,73 мг/см.

4. Для наибольшего извлечения глинистых составляющих образца провести в течение 3-5 минут диспергирование пробы с использованием ультразвукового диспергатора.

5. Через 90 минут оценить окраску раствора.

6. Для исключения разрушения образцов керна при сушке отметить полностью осветленные пробы и проводить сушку данных образцов только при температуре не выше 70°С.

Применение водного раствора красителя метиленового голубого (C₁₆H₁₈ClN₃S·3H₂O) объемом 10 см³ с концентрацией 0,73 мг/см³ на 1 г кернового материала в качестве индикатора для проведения петрофизических исследований путем экспрессного разделения образцов керна на отдельные группы перед этапом высушивания образцов с учетом диапазона глинистости, характеризующего сильноглинистые породы.