Файл: Первое высшее техническое учебное заведение россии санктпетербургский горный университет.pdf

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра разработки и эксплуатации нефтяных и газовых
месторождений
Допускается к проведению занятий
в 2016-2017 уч.году
Заведующий кафедрой, профессор
М..К. Рогачев
«30» августа 2016 г.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
для проведения лабораторных занятий по учебной дисциплине
«ФИЗИКА ПЛАСТА»
Специальность (направление подготовки):
21.03.01.«Нефтегазовое дело»
Специализация (профиль):
Эксплуатация и обслуживание объектов
транспорта и хранения нефти, газа и продуктов переработки
Разработал:
ассистент Купавых К.С.
Обсуждены и одобрены на заседании кафедры
Протокол № 1 от 30 августа 2016 г.
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2016
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

2
ВВЕДЕНИЕ
Основной целью выполнения лабораторных работ является закрепление и углубление знаний студентов в области физики пласта. Перед выполнением лабораторных работ студенты должны ознакомиться с лабораторными стендами, методиками проведения лабораторных работ и получить индивидуальные задания для выполнения работ.
После выполнения каждой работы необходимо подготовить отчет и сделать выводы на основе полученных результатов. Отчет включает в себя следующие части: 1) основные теоретические положения; 2) схема лабораторного стенда; 3) результаты выполнения лабораторной работы; 4) основные выводы и рекомендации. vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

3
ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ № 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТКРЫТОЙ
ПОРИСТОСТИ КЕРНА МЕТОДОМ НАСЫЩЕНИЯ КЕРОСИНОМ
Цель лабораторной работы:
Определение открытой пористости керна методом
И.А. Преображенского.
Основные теоретические положения:
Пористость является важнейшим свойством, отличающим нефтяные и газовые пласты от “обычных” сплошных сред, его величина будет определять, при прочих равных условиях, объем резервуара, заполненного каким-либо углеводородом в естественных залежах или объем искусственно созданного газового месторождения подземного хранилища газа.
Под пористостью породы-коллектора понимают наличие в ней пустот, заключенных между зернами в гранулярных коллекторах, а также каверн и трещин в карбонатных коллекторах. Количественно пористость характеризуется коэффициентом пористости, который представляет собой отношение объема пор (трещин, каверн), к геологическому объему породы и выражается в долях единицы или процентах. В нефтегазовой геологии различают три вида пористости:
• полная (или общая);
• открытая (или пористость насыщения);
• динамическая (или эффективная).
Полная пористость включает все поры (пустоты) открытые и закрытые, независимо от их формы и взаимного расположения. Коэффициент полной пористости определяется отношением суммарного объема всех пор (пустот) открытых и закрытых к видимому (геометрическому) объему породы:
,
V
V
V
m
закр
откр
пор
+
=
(1.1) vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

4 где m
пор
– общая пористость; V
откр
– суммарный объем открытых пор образца;
V
закр
– суммарный объем закрытых пор образца; V – геометрический объем образца;
Общую (полную) пористость определяют по методу Мельчера
(объемным способом).
Открытая пористость также называется чистой пористостью насыщения, так как она определяет емкостную характеристику коллектора, то есть запасы нефти (газа или воды).
Коэффициентом открытой пористости называется отношение суммарного объема пор образцов, заполняющихся данной жидкостью, к видимому объему образца:
V
V
m
откр
откр
=
,
(1.2)
Коэффициент открытой пористости определяется по методу И.А.
Преображенского сравнением масс сухого и насыщенного керосином образца для расчета объема керосина, вошедшего в поровое пространство керна, а объем образца (керна) – по разности масс насыщенного образца в воздухе и погруженного в керосин того же образца, то есть методом гидростатического взвешивания насыщенного керосином образца.
Эффективная пористость (называется иногда динамической) характеризуется той частью объема пор, которая занята только движущейся жидкостью при установившемся движении. Коэффициентом эффективной пористости называется отношение объема, по которому происходит движение жидкости, к объему горной породы:
V
V
m
эфф
эфф
=
,
(1.3)
Понятие эффективной пористости предполагает наличие в породах таких пор (или части объема, связанных между собой пор), в которых движение жидкости практически не происходит. Это субкапиллярные и vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

5 некоторые капиллярные поры, в которых жидкость находится в связанном состоянии. Очевидно, что доля объемов жидкости, участвующих и не участвующих в фильтрации, будет определяться создаваемыми перепадами давления (градиентами давлений).
Пористость большинства коллекторов составляет от 5 до 30 %, но, как правило, находится в пределах 10-20 % (таблица 1.1). Карбонатные залежи обычно имеют меньшую пористость, чем терригенные, однако последние могут иметь большую проницаемость.
Таблица 1.1
Характерный диапазон и значения
пористости пород-коллекторов
Характеристика
Пористость, %
Плохая
<10
Удовлетворительная
10-20
Хорошая
20-30
Очень хорошая
>30
Используемое оборудование и материалы:
Для насыщения образцов керна жидкостью необходимо использование следующего оборудования:
• вакуумный насос;
• сосуд с кюветой с образцом;
• емкость для жидкости (для раздельного вакуумирования жидкости и образца);
• устройства для перепуска жидкости в кювету с образцами.
Для взвешивания образцов керна необходимо использование следующего оборудования:
• аналитические весы типа ВЛА-200 или аналогичные им;
• стаканчик с рабочей жидкостью (керосин, дистиллированная вода или модель пластовой воды); vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

6
• металлическая или капроновая нить (леска) для подвешивания образца.
К рабочей жидкости предъявляются следующие требования:
• инертность к породе;
• не должна быть токсичной;
• не вызывать деформацию образца керна.
Для экстрагирования образца используется аппарат Сокслета.
Для сушки - вакуумный сушильный шкаф с регулируемой температурой нагрева.
Для выполнения лабораторной работы необходимо собрать установку по следующей схеме:
Рисунок 1.1 – Схема установки для определения открытой пористости керна методом И.А. Преображенского
Порядок выполнения лабораторной работы:
1.
Определяют массу сухого чистого образца керна в воздухе (m
1
) путем взвешивания. Для этого необходимо достать образец, обмотать его проволокой и подвесить на весах;
2.
Образец помещается в нижнюю колбу 4;
3.
Склянка Бунзина заполняется керосином до половины. Кран 1 должен быть закрыт (рисунок 1.1);
4.
Заполняется нижняя колба 4 керосином из склянки Бунзина путем открытия крана 1; vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

7 5.
Образец насыщается керосином. Открывается кран 2 на насос и выкачивается воздух. Пузырьки газа выделяются за 2 минуты. Показание манометра составит 20 мм.рт.ст.;
6.
При открытии крана 2 доливается жидкость в емкость с образцом;
7.
Выключается насос, открывается кран 2 и уровни жидкости в буфере и манометре выравниваются;
8.
Взвешивается насыщенный керосином образец в подвешенном состоянии в жидкости (m
2
)
. Для этого необходимо наполнить стакан керосином и расположить его на специальной подставке на весах;
9.
Поверхность освобождается от избытка керосина;
10.
Взвешивается образец насыщенный керосином в воздухе (m
3
);
11.
По полученным результатам рассчитывается пористость образца керна:
%,
100 2
3 1
3
⋅
−
−
=
m
m
m
m
m
откр
(1.4) где m
откр
– коэффициент открытой пористости, %; m
1
– масса сухого чистого образца породы в воздухе, г; m
2
– масса насыщенного керосином образца породы в керосине, г; m
3
– масса насыщенного керосином образца породы в воздухе, г.
12.
Определяется допустимая погрешность измерения коэффициента открытой пористости. Погрешность определения слагается из погрешности взвешивания, г; погрешности подготовки насыщенного образца к взвешиванию, г; погрешности, вызванной неполнотой насыщения.
Суммарная относительная погрешность выражается формулой:
(
)
(
) (
)
ϕ
+
−
⋅
−
−
−
⋅
⋅
+
∆
⋅
=
∆
=
∆
2 3
1 3
2 1
3
'
3 1
2 2
M
M
M
M
M
M
M
M
M
K
K
K
ср
п
п
отн
п
,
(1.5) где ΔK
п
– абсолютная погрешность, %; ΔK
п
/K
п.ср.
– относительная погрешность; ΔM
1
– погрешность взвешивания; ΔM
3
’
– погрешность подготовки насыщенного образца к взвешиванию; φ – погрешность, вызванная неполнотой насыщения. vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

8
Величина ΔM
1
=+/-0,02 г; ΔM
1
=ΔM
3
’
=+/-0,02 г; φ=ΔV/V
п
, где ΔV – недонасыщенный объем, V
п
– полный объем порового пространства. При соблюдении режимов насыщения φ0. Суммарная относительная погрешность составляет от 2 до 10% (в зависимости от значения K
п
);
13.
Результаты лабораторной работы заносятся в таблицу 1.2.
Таблица 1.2
Форма записи результатов лабораторной работы по определению
открытой пористости керна методом И.А. Преображенского
Наименование величины
Обозначение Результат
Масса сухого чистого образца в воздухе
m
1
Масса насыщенного керосином образца в керосине
m
2
Масса насыщенного керосином образца в воздухе
m
ж
Пористость образца
m
пор
Вопросы для самопроверки и защиты лабораторной работы:
1. Как называется метод определения открытой пористости сцементированных пород?
2. Какой коэффициент пористости определяется методом Мельчера?
3. Укажите формулу для определения пористости (ρ
п
– плотность образца, ρ
з
- плотность минеральных зерен).
4. Что характеризует параметр ρ
п в формуле для определения коэффициента пористости:
,
1
з
п
пор
m
ρ
ρ
−
=
(1.6)
5. Что характеризует параметр ρ
з в формуле для определения коэффициента пористости:
,
1
з
п
пор
m
ρ
ρ
−
=
(1.7)
6.
Укажите единицу измерения коэффициента пористости. vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

9 7. Как определяется объем открытых пор по методу
И.А. Преображенского.
ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ № 2. ЭКСТРАГИРОВАНИЕ ОБРАЗЦОВ
ПОРОДЫ
Цель лабораторной работы:
Удаление углеводородной и водяной фаз из пустотного объема образца керна с помощью прибора типа Сокслет (экстрагированием).
Основные теоретические положения:
Экстрагирование образцов керна производится применением углеводородных растворителей с температурой кипячения ниже 100°С во избежание вторичной перегонки воды, содержащихся в пористой среде коллектора. В качестве растворителей могут быть применены четыреххлористый углеводород (t
кип.
= 76,6°
С), бензол (t
кип.
= 80°
С) или спиртобензольная смесь (бензол + этиловый спирт в соотношении 1:1).
Четыреххлористый углерод обладает большой летучестью и токсичностью, поэтому его обычно не используют.
Бензол является легковоспламеняющейся жидкостью, что также ограничивает возможности его использования. Поэтому в учебных лабораториях обычно применяют спирто-бензольную смесь.
Экстрагирование нефтенасыщенных образцов керна на приборе типа
Сокслет не имеет целью определение количественного содержания жидких фаз в пористой среде, так как при данных исследованиях невозможно дифференцировать нефте- и водонасыщенность. Подобные работы проводятся при экологическом мониторинге территорий нефтепромыслов при разливах нефти (прибор Сокслета входит в комплект приборов специализированных лабораторий). vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

10
Первые циклы экстрагирования образцов сопровождаются окраской нижних слоев растворителя в экстракторе в темные тона. Постепенно новые порции экстрагирующего раствора становятся светлее.
Экстрагирование образцов считается завершенным, когда после многих циклов сливания из экстрактора в колбу растворитель становится совершенно прозрачным и не окрашивает фильтрованную бумагу. В зависимости от фильтрационно-емкостных свойств пород-коллекторов и свойств, содержащихся в них нефтей, экстрагирование может длиться от
10÷
12 до 100÷120 часов.
По окончании экстрагирования аппарату дают остыть, после чего его разбирают. Образцы извлекают из экстрактора и помещают их на специальные поддоны, и затем высушивают в сушильных шкафах при температуре 102÷105°С в течение нескольких часов.
Охлаждение образцов производится в эксикаторе над слоем кристаллического хлористого кальция под вакуумом и смазанной вазелином крышкой. Для ускорения процесса и удаления паров воды, как к спецотводу в сушильном шкафу, так и к эксикатору, подсоединяют шланг вакуумного насоса (ВН-461).
Используемое оборудование и материалы:
• прибор Сокслета;
• нагревательный элемент;
• растворитель (четыреххлористый углерод, бензол, спиртобензольная смесь);
• эксикатор;
• хлористый кальций;
• сушильный шкаф;
• штатив с креплением для приборов. vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

11
Рисунок 2.1 – Схема прибора Сокслета: где 1 – плоскодонная стеклянная колба; 2 – экстрактор; 3 – сифонная трубка;
4 – холодильник; 5 – обратная теплоизолированная трубка; 6 – образцы горной породы.
Аппарат Сокслета состоит из плоскодонной колбы, объем которой определяется целью проводимых работ. Для учебных целей емкость ее 500 мл, при работах в производственных научно-исследовательских лабораториях емкость может достигать нескольких литров. В соответствии с этим подбирается и размер второго элемента – экстрактора, который соединяется с горловиной колбы притертыми поверхностями. Для герметичности последние смазываются вакуумной смазкой.
В верхний разъем экстрактора вставляется шлифом холодильник, к которому снизу вверх подается водопроводная вода. Все три элемента аппарата крепятся в специальных держателях (муфтах) с резиновыми манжетами. Держатели размещаются на железной штанге (стойке), которая ввинчивается в корпус нагревательной печи ПЭ-4, имеющей 4 положения переключения потребляемой мощности (25, 50, 75 и 100 %).
Экстрактор имеет в нижней части шлиф и пробку, в которой проходит по центру капилляр сифона, конец которого через У-образный изгиб впаян в нижнюю часть экстрактора (над глухим дном). Парообразный растворитель через кольцевое пространство в пробке проходит в паропровод, который рекомендуется теплоизолировать листовым асбестом (в крайнем случае vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

12 ватой). Затем пары растворителя поступают внутрь холодильника, и при конденсации растворитель стекает в экстрактор.
После достижения уровнем сконденсированного растворителя верхней кромки сифона за счет срабатывания эффекта подноса, растворитель весь стекает в колбу прибора (завершается один цикл перегонки, экстрагирования). Затем процесс при дальнейшем нагревании прибора повторяется многократно. Экстрагирование считается завершенным, когда последний слив растворителя из экстрактора обеспечивает условие абсолютной прозрачности его в нижней части экстрактора.
У эксикатора посередине установлена пластиковая решетка, ниже решетки находится кристаллический хлористый кальций, сам эксикатор закрывает стеклянная крышка.
Порядок выполнения лабораторной работы:
1.
Очищается образец применением специальной кисточки;
2.
Измеряется геометрический размер образца линейкой;
3.
Образец взвешивается на аналитических весах;
4.
Образец керна заворачивается в фильтровальную бумагу;
5.
Собирается прибор Сокслета: а) плоскодонная колба размещается на столе и заполняется растворителем (объем - ¾ от общего объема колбы); б) экстрактор размещается на столе и в него опускается образец.
Далее экстрактор на плоскодонную колбу; в) холодильник устанавливается поверх эксикатора; г) обеспечивается подвод и отвод воды от холодильника путем соединения его трубками со специальным краном.
6.
Холодильник заполняется жидкостью;
7.
Включается подогреватель и растворитель начинает закипать. В процессе нагревания колбы 1 пары кипящего растворителя поднимаются по трубке 5 в верхнюю часть экстрактора 2, а затем в холодильник 4, в котором vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

13 они конденсируются. При этом конденсат, стекая в экстрактор растворяет нефть, содержащуюся в образцах. По мере проведения экстрагирования уровень сконденсированного растворителя и нефти, вымытой из образца, постепенно поднимается, наполняет экстрактор, стекает по сифонной трубке
3 обратно в колбу 1. Первый цикл экстрагирования считается законченным, когда весь растворитель из экстрактора перетекает в колбу 1. Затем цикл накопления и стока повторяется снова.
Экстрагирование считается законченным, когда после многих циклов цвет растворителя в экстракторе становится совершенно прозрачным. Время экстрагирования зависит как от свойств образцов, так и от характеристик насыщающей его нефти; и может продолжаться 6-24 и более часов.
В качестве растворителя можно использовать четыреххлористый углерод CaCI
4
(t
кип
=
76,6ºС), бензол С
6
Н
6
(t
кип
=
80ºС), спиртобензольную смесь и др. В любом случае растворитель подбирается таким образом, чтобы температура его кипения была ниже температуры кипения воды и в колбе 1 происходил процесс кипения только растворителя.
8.
Отключается нагреватель и в течение 5 минут прибор остывает;
9.
Разбирается прибор Сокслета и извлекается образец;
10.
Образец помещается в сушильный шкаф при температуре 105ºС;
11.
После высушивания образец помещается в эксикатор для охлаждения;
12.
Образец взвешивается;
13.
Все измеренные величины приводятся к единой системе единиц
СИ и заносятся в таблицу 2.1.
Таблица 2.1
10>

  1   2   3