Способ определения пористости бурового шлама

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРИСТОСТИ БУРОВОГО ШЛАМА, заключающийся в отборе пробы частиц шлама заданного / размерного диапазона, насыщении частиц жидкостью и определении количества жидкости, поглощенной частицами , отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, дополнительно определяют количество жидкости, находящейся на поверхности смоченных эталонных частиц, причем в качестве эталонных частиц используют непористые частицы, размер каторых лежит в том же диапазоне , что и размер частиц исследуемой пробы, а пористость определяют по разности количествжидкости, поглощенной пористыми частицами и находящейся на поверхности зталонных частиц.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) .З(511 5 01 N 15/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Ф 14,,К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 3411371/18-25 (22) 22.03.82 (46). 15.10.83.Бвл. В 38

° ° ° ° ° ° °

72) Б.В,Масюков и A.Ø.Xàéáóëëèâ

71) Белорусский научно-исследовательский геологоразведочный институт (53) 539. 217. 1 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельотво СССР

9 734403, кл. E 21 В 49/00, 1980.

2. Методика и геологические результаты геофизических исследований впадины. Минск. "Наука и техника", 1980, с. 79-83 (прототип) . (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРИСТОСТИ БУРОВОГО ШЛАМА, заключающийся в отборе пробы частиц шлама заданного размерного диапазона, насыщении частиц жидкостью и определении количества жидкости, поглощенной частицами, о т л и ч а ю щ н и с я тем, что, с целью повышения точности определения, дополнительно определяют количество жидкости., находящейся на поверхности смоченных эталонных частиц, причем в качестве эталонных частиц используют непористые частицы, размер каторых лежит в том же диапазоне, что и размер частиц исследуемой пробы, а пористость определяют по разности количеств" жидкости, поглощенной пористыми частицами и находящейся на поверхности эталонных частиц. Ф

1048373

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может .найти применение н горнодобывающей промышленности.

Иэнестен способ определения коллекторских свойств влагонасыщенных горных пород путем .нагрева в неизотермическом режиме нагревателя, регистрации интервалов, характеризующихся постоянным изменением скорости потери влаги и соответствующих выде- 1р лению свободной, связанной и прочносвязанной влаги, и определения коллекторских свойств по.объемам влаги, выделенной н указанные интервалы. Этот способ предусматривает 15 использование образцов керна правиль. ной геометрической формы, поэтому легко определить общий (видимый) объем образца, который необходимо знать при вычислении коэффициента порист ости породы (1) .

Однако отбор керна из пород-коллекторов, которые могут содержать нефть и газ, далеко не всегда цронодится иэ-за высокой стоимости и снижения скорости проводки скважины, а также он нередко бывает.безрезультатным из-за растрескивания пористых пород и нысыпания их иэ колонкового снаряда. Вследствие этого наиболее интересные в отношении нефтегаэоносности разреза скважин бавьпот слабо охарактеризованы керновыми данными. Кроме того, наблюдается сокращение дорогостоящего отбора керна и переход к бескерновому бу- 3S рению скважин. В связи с этим необходима информация о коллекторских свойствах пород, в частности об их пористости по буровому шламу, который

ВынОсится ПОтОкОм прОмывОчнОЙ жид- 4р кости с забоя скважины на дневную поверхность, может быть отобран и исследован. Им может быть охарактеризован весь разрез скважины.

Буроной шлам представляет мелкие обломки раэбуринаемых пород, которые имеют неправильную геометрическую форму. Средний размер частиц шлама

2-5 мм. Из-за неправильной формы частиц шлама .возникают большие труд-, ности и погрешности в определении общего (видимого) объема. Эти погрешности непосредственно переносятся на величины пористости.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения пористости бурового шлама, заключающийся в отборе пробы частиц шлама заданного раэмерйого диапазона, насыщении частиц жидкостью и определении количества QQ жидкости, поглощенной частицами.

Отобранную фракцию промывают водой, экстрагирувт в спиртобенэольной смеси для удаления возможно содержащихся в породах воды и нефти, высушивают до постоянного веса, затем насыщают керосином или водой (последняя применяется для неглинистых поРод). Затем удаляют убыток жидкости с поверхности образца, взвешивают и определяют пористость по разности весов насыщенного и сухого образца, отнесенной к плотности насыщающей жидкости и к его общему (видимому) объему (2) .

Погрешности, возникающие при реализации данного способа,.связаны с отсутствием идеального метода удаления избытка жидкости с поверхности частичек шлама после взвешивания иеследуемой пробы в насыщенной жидкости перед взвешиванием насыщенного образца на воздухе. С образцов керна жидкость на поверхности удаляют фильтровальной бумагой. В отношении шлама такой способ неприменим: из-за малых размеров частиц фильтровальной бумаги удаляется жидкость не только с поверхности, но и из пор породы, пористость оказывается заниженной.

При одинаковом весе шлам по сравнению с керном имеет значительно большую..поверхность (в десять раэ).ПОЭтому учет количестна жидкости на поверхности частиц шлама имеет первостепенное значение.

Известны различные способы удаления избытка жидкости с поверхности образца шлама: естественное высушивание при комнатной температуре за определенное время, прокатывание частичек на фильтровальной бумаге, на матовом стекле, нстряхивание на сите и т.п. Сравнительно лучшие результаты обеспечивает прокатывание частиц на матовом стекле. Прокатывание на фильтровальной бумаге приводит к извлечению жидкости из пор породы. Встряхивание шлама на сите дает большой избыток жидкости на поверхности частиц. Естественное высушивание продолжительно, например керосин с поверхности частиц испаряется за 40-50 мин, вода эа 8-15 мин.

Этот процесс зависит от температуры и влажности воздуха, не поддается точному контролю, дает большую погрешность. Прокатывание частиц шлама на матовом стекле в течейие нескольких минут позволяет удалить часть жидкости с поверхности, но не полностью. Специальными исследованиями, на образцах плотных непористых пород установлено, что при использовании такого способа на поверхности частиц остается в среднем 3-4 мг жидкости (керосин, вода) на 1 r породы. Это дает погрешность в измерении пористости не менее 1% (абс).

Цель изобретения — повышение точ- . ности определения пористости бурового шлама.

1048373

Поставленная цель достигается ристости породы. учитывается плоттем, что согласно способу определе- ность поровой и насыщающей жидкости, ния пористости бурового шлама, эак- для воды она принимается равной лючающемуся в отборе пробы частиц .1 г/см . шлама заданного размерного диапазона, Потеря в весе при нагревании насыщении частиц жидкостью и опреде- 5 складывается иэ количества жидкости ленни количества жидкости, поглощен- в порах породы и веса насыщающей ной частицами, дополнительно опреде- . жидкости; остающейся на поверхности ляют количество жидкости, находящего- частиц шлама, который необходимо ся на поверхности смоченных эталлон- учитывать и исключать, так как он ных частиц, причем .в качестве эталон- 10 значительно влияет на точность ных частиц используют непористые измерения пористости шлама. По грачастицы, размер которых лежит в том диентам изменений веса и возникающим. же диапазоне,.что и размер частиц термоэффектам (поглощение тепла) исследуемой пробы, а пористость опре- процессы испарения поверхностной и деляют по разности количеств жидкости15 поровой жидкости не удается раздепоглощенной пористыми частицами и лить. Испарение поверхностной воды находящейся на поверхности эталонных начинается с 20 С и продолжается в частиц. зависимости от скорости нагрева

Для учета влаги на поверхности до 200-220 C испарение поровой жидисследуемых частиц шлама используют кости происходит в интервале темпеданные о ее количестве, полученные ратур 70-.300 C т.е ° в довольно при нагревании шлама, смоченных продолжительном интервале темпераводой непористых пород с аналогич- тур происходит одновременное испареными размерами частиц, формы и веса ние и поверхностной и поровой жиднавески, что и в исследуемых пробах. косfH.

Предлагаемый способ осуществляет- Лля учета количества жидкости на ся следующим образом. .оверхности частиц смоченного водой

Отобранные р бур тобранные при бурении пробы ,„ шлама предлагается использовать шлама предварительно тщательно от- данные, полученные при исследовании образцов непористых, плотных пород

30 .(ангидрит, известняк, доломит). На мываются от глинистого раствора, затем на сите с ячейками 3 мм отсеипервом этапе они иэготавливаются ваются мелкие частицы с нарушенной из плотных образцов керна путем структурой порового пространства. Be дробления и отсеивания фракции от оставшейся части на анализ отбира- 3 до 5 мм через сита с соответствующими размерами ячеек. По форме и размеру частиц они с достаточным приб.лижением имитируют буровой шлам. На т ор характерных пород необходим полученных образцах непористого шлама в связи с тем, что в шламе кроме частиц выбуренных пород часто приустанавливается количество, поверх" сутствуют различного рода примеси.

° . ностной влаги в зависимости от раэмето и частицы пород, попадающих в буровой раствор при образовании ра навески.

В диапазоне возможного изменения навесок исследуемого бурового шлама берется несколько различных навесок (мел гематит бари .шлама, приготовленного иэ плотных пород, например от 1 до 5 г с интерто ранные на анализ частицы валом.в 0,5 r. Дпя проверки воспроизводимости каждая навеска дублирушлама донасыщаются водой под вакуумом ется. Плотный шлам поме ают в во для восполнения возможной потери поровой жидкости в результате раэга". до полного смачивания зирования и подсыхания пород. Затем

5О руется по исчезновению в эновению воздушных проба взвешивается в насыщающей жид° а " пузырьков с нове хн т ерхности частиц. Поскости и в воздухе разница в весе

: ле извлечения из жи дает возможность определить видимый ,влаги с поае хности р ности частиц удаляется объем образца. В дальнейшем проба путем прокатывания н ро ан я на стекле. Этот шлама помещается в камеру термовесов 55 способ обеспечивает точно стабильного количества поверхпороды до 300ОС с регистрацией изменения веса за счет испарения поверхHocTHoA. H IopoBoA жидкости. Потеря д . тавляет не более +1 в весе при нагревании наащенного . д) ру по о ы, нагример встряхиваводой образца позволяет оценить объем ние дают мене пор в .породе, а разница в весе насыповерхностной влаги. щенного образца в воздухе и в жид- Увлажненный шлам взвешивается, по .кости - объем образца. Отношение ука- разности в весе по сравнению с сухим . эанных объемов дает коэффициент по-. щ определяется количество поверхност-.

1048373

10 ной влаги в каждой нанеске. Составляется таблица или строится график . зависимости этого параметра от размера навески. С их помощью оценивается количество поверхностной влаги для каждой конкретной навески. исследуемого шлама. Способ увлажнения пород (смачивание, удаление избытка влаги ) должен быть идентичным как при работе с непористыми эталонами, так и с исследуемыми образцами.

В процессе массовых измерений пористости бурового шлама встречаются образцы плотных пород, Из них формируется эталонная коллекция непо ристого шлама. различного литологи- f5 ческого состава. Она и используется на последующем этапе применения спосо ба взамен коллекции, приготовленной из йлотного керна. В этом случае достигается практически полная идентичность эталонного и исследуемого шлама, которая обусловлена процессом разрушения пород н процессе их разбуринания.

Для повышения точности измерений целесообразно ограничить не только нижний (3 мм}, но.и верхний, предел исследуемых частиц шлама до 5 мм, просеивая его через сито с соответствующими ячейками, Этим сужается диапазон изменения размера частиц 30 исследуемого шлама. Кроме того, частицы более крупного размера обычно бывают представлены обнальными породами (глины, аргиллиты}, которые попадают в буровой раствор из обра- 35 зующихся в стволе скважины каверн.

При массовых измерениях, когда исследуются образцы шлама пористых и непористых пород в различных нанесках, данные о количестве воды на 40 поверхности частиц непористых образ- цов получаются автоматически и специальных исследований с непористыми эталонами не требуются. По данным термоанализа легко отличить пористые 45 и непористые образцы шлама на осно- ве характера градиентов изменения веса, а также по наличию (пористые ) или отсутствию (непористые) отрицательных термозффектон, если одновременно регистрируется и температура шлама, например в дериватографе.

Предлагаемый метод определения пористости шлама по количеству поровой воды, выделившейся при нагревании породы, не требует учета плотности жидкости для водоносных и газоносных коллекторов, так как частички шлаиа таких пород бывают и олностью насыщены (и донасыще(ы) .нодой,плотность выделяющейся при нагре- Q) ванин жидкости (вода + нефть) меньше единицы, поэтому ее вес не будет точ-. но соответствовать объему. Требуется вносить поправку, учитывающую количество и плотность нефти, 45

Если требуется большая точнрсть н измерении пористости шлама, содержащего нефть, его необходимо экстрагировать в спиртобенэольной смеси с последующим насыщением жидкостью под вакуумом.

Когда известен минераЛогический состав исследуемых пород,. например по данным дифференциального термо— анализа, не требуется проводить предварительное взвешивание образца в насыщающей жидкости. Объем минерального скелета Мя рассчитывают на основе плотности породообразующих минералов, которая известна. Так, минералогическая плотность кварца составляет 2, 65, кальцита 2, 71, доломита 2,78 г/см 5. Указанные мйнералы преобладают н породах- коллекторах. Для расчета коэффициента пористости (К ) используют формулу

vs

yn =7

ЧВФ Чмс, I где Ч . — объем поровой воды в исследу емой навеске шлама, ca (плотность; воды 1 г/cM ) .

Пример. Образец. керна, пористость которого преднарительно определена и составляет 12,9%, измельчают н шлам. По иавеске шлама около

30 г с размерами частиц 3-5 мм определяют пористость методом насыщения, получено значение 16,33.

Несколько частичек этой we породь|, насыщенной водой, после извлечения, из жидкости прокатывают на стекле и помещают на термовесы. Начальный нес нанески 0,990 r. После нагрева до 250ОC за счет испарения поверхностной и поровой воды вес уменьшился до 0,936 r (вес минеральной части). Потеря в весе составляет 0„54 r, куда входит и вода на поверхности частичек породы. Для ее учета используют данные, полученные с непористыми эталонными образцами шлама, приготовленного из плотного керна, аналогичной фракции (3-5 мм). По калибровочному графику, полученному экспериментально, для указанной нанески (0,990 г) содержание поверхностной воды составляет 0,004 r. Следовательно, количество поровой воды

0,050 г или 0,65 см

По данным термоанализа установлено, что порода содержит 92,5% доломита и 7,5% кальцита (известковый доломит). Расчетная плотность такой породы 2;858 г/см, а объем минеральной части в исследуемой нанеске 0„328 см (0,936 г, . 2,858 г/см ).Подставляя полученные значения 9j (0,050 см ),и „ (0,328 см ) h Ôîðìóëó,ïîëó÷àþò

К и = 13,24. Это значейие отличается ,,от пористости по керну всего на 0,3%, 1048373

Составитель О. Алексеева

Редактор М. Петрова Техред Т,Маточка Корректор А ° Лзятко

Заказ 8476/49

Тираж 873

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб.g д. 4/5 м

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 тогда как пористость по шламу, определенная по методу насыщения, на

3,4%.

Предлагаемый способ по сравнению с известными обеспечивает следующие преимущества: существенно повышается точность измерения пористости бурового шлама, производительность анализа возрастает до 10 раэ, появляется возможность производить измерения непосрец<:твенно на месте отбора, т.е. на бурящейся. скважине, обеспечивается воэможность использования в автоматизированных системах.