Способ создания твердых образцов для исследования электрических свойств скважинной жидкости

Изобретение относится к области исследования материалов путем определения их физических характеристик, а именно электрических свойств, и может быть использовано при разработке технических решений в области многофазной расходометрии нефти и газа. Способ включает определение основного компонента в анализируемой многофазной смеси, выбор вещества, схожего с основным компонентом по электрическим характеристикам и способного переходить в гелеобразное состояние, которое помещают в сосуд. После загустевания вещества в него добавляют, по меньшей мере, второй компонент, моделирующий вторую фазу смеси. Изобретение обеспечивает удешевление и ускорение процесса поверки и калибровки электроизмерительных приборов, используемых в метрологии добычи и переработки углеводородов. 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области исследования материалов путем определения их физических характеристик, а именно электрических свойств, и может быть использовано при разработке технических решений в области многофазной расходометрии нефти и газа посредством создания твердых образцов, моделирующих водонефтяные и водогазонефтяные смеси, удобные для калибровки приборов, измеряющих электрические свойства указанных смесей.

Предложенный способ позволяет приготовлять образцы, моделирующие смеси типа "вода в нефти" (от 0 до 25% обводненности), а также типа "нефть в воде" (от 75 до 100% обводненности).

В нефтегазовой области существует проблема измерения состава скважинной жидкости, которая является сложной смесью соленой воды, нефти и газа.

Известны способы и устройства измерения состава нефтегазовых смесей, основанные на разделении фаз с использованием радиометрических инструментов, а также инструментов, определяющих состав по электрическим свойствам смеси. В настоящее время существуют различные приборы для измерения параметров водогазонефтяных смесей электромагнитными методами, основанными, обычно, на измерении проводимости и диэлектрической проницаемости смеси. При разработке подобных приборов часто бывает необходимо проводить серию калибровочных экспериментов с водогазонефтяными смесями в широком диапазоне соотношения трех фаз - воды/нефти и газа. Наиболее точный метод тестирования и калибровки указанных приборов основан на использовании дорогостоящих проливных установок (Р.Mehdazadeh, in Proceeding of Deep Offshore Technology International Conference, New Orleans, November 30-December 2, 2004) с точным измерением расходов по нефти, газу и воде (в случае трехфазной смеси) или нефти и воды (в случае двухфазной смеси). Несмотря на то, что данные установки позволяют проводить эксперименты, близкие к реальным скважинным условиям, использование проточных установок затруднено в связи с дороговизной и большими размерами установок, а также высокими временными затратами. Таким образом, существует потребность в способе получения стабильных и дешевых образцов, которые могли бы служить моделями водогазонефтяных смесей для калибровки диэлькометрических приборов.

Техническая задача, решаемая посредством предлагаемого технического решения, состоит в разработке способа изготовления образцов водогазонефтяных смесей, моделирующих их электрические характеристики.

Технический результат, получаемый в результате реализации разработанного способа, состоит в удешевлении и ускорении процесса поверки и калибровки электроизмерительных приборов, используемых в метрологии добычи и переработки углеводородов.

Для получения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ создания твердых образов для исследования электрических свойств многофазной смеси - скважинной жидкости. Согласно разработанному способу определяют основной (имеющий наибольшее содержание) компонент в анализируемой многофазной смеси, выбирают вещество, схожее с выбранным компонентом по электрическим характеристикам и способное переходить в гелеобразное состояние, помещают его в сосуд, после загустевания вещества в него добавляют второй компонент, моделирующий вторую фазу смеси. Для моделирования трехфазной смеси в полученную систему дополнительно вводят необходимое количество газа, предпочтительно воздуха. Объем фаз выбирают таким образом, чтобы оводненность полученного образца соответствовала оводненности исследуемой системы. Для загустевания первого компонента можно использовать дополнительный загуститель.

После полного застывания получают образец с известными и фиксированными долями двух (либо трех) фаз, который в дальнейшем используют как калибровочный образец с известной обводненностью и объемной долей газа.

Заявителю не известны технические решения, которые могли бы быть использованы в качестве аналогов разработанного способа.

В основе разработанного способа лежит возможность создания твердых или гелеобразных образцов со стабильной структурой (в течение срока, достаточного для проведения нужного числа измерений) и с электромагнитными свойствами, близкими к свойствам водонефтяных или водогазонефтяных смесей.

Для приготовления образцов типа "вода в нефти" в качестве компонента - заменителя нефти могут быть использованы жидкие силиконовые полимеры, например "Виксинт ПК-68" (компания Сурэл, Россия), "Пентэласт 712" (компания Пента, Россия) или "SILGARD 182" (компания Dow Corning, США). Эти вещества имеют высокое удельное электрическое сопротивление (не менее 10¹³ Ом×см) и низкую диэлектрическую проницаемость (от 2 до 4), что практически соответствует электрическим параметрам сырой нефти. Кроме того, эти вещества устойчивы по отношению к высоким температурам (до +300°С) и вибрационным воздействиям, что расширяет физические диапазоны для проведения экспериментов. Оптическая прозрачность материала также упрощает приготовление образцов.

Для приготовления образцов типа "нефть в воде" в качестве вещества, имитирующего воду, может быть использован агаровый гель либо другой загуститель (желатин, гуар и т.д.). В качестве вещества, имитирующего нефть, в данном случае могут быть использованы различные твердые вещества, например стеклянные шарики калиброванного размера (например, компания Ornella, Чешская республика). При этом важно, что электрическое сопротивление стекла близко к сопротивлению нефти, а соотношение диэлектрических проницаемостей стекла и агарового геля достаточно велико (что является основой для диэлькометрических методов измерения). Размер используемых стеклянных шариков может быть выбран от 1 до 10 мм.

Для получения твердой модели смеси "вода в нефти" проводят следующую процедуру:

1. Внутренние стенки стакана, в котором будет приготовлен образец, равномерно покрывают смазочным материалом (например, вазелином) для удобства извлечения образца после его изготовления. Для контроля процесса приготовления образца стакан должен быть прозрачным (например, из оргстекла).

2. В силиконовый полимер в определенной пропорции добавляют загуститель (катализатор). Полученную смесь заливают в стакан.

3. По истечении времени, достаточного для увеличения вязкости полимера до обеспечения возможности введения в образец второго компонента (вода), вводят с использованием мерного шприца определенное количество второго компонента, причем количество второго компонента предпочтительно рассчитывают, исходя из соотношения фаз «нефть»-«вода» в готовом образце. Используемая игла шприца должна быть длинной (для удобного заполнения по всему объему образца) и тонкой (чтобы не вносить возмущений в структуру образца). В качестве иглы возможно применение инструмента SPINOCAN 88 мм×0.46 мм, используемого в хирургии для спинномозговой анестезии. Для моделирования пластовой воды с высокой соленостью вторым компонентом в образце является водный раствор NaCl. Размер капель воды в полимере может находиться в интервале от 1 до 10 мм.

4. После полного застывания (около 24 часов для полимера "Пентэласт 712") образцы извлекают из стакана и маркируют в соответствии с соленостью используемой воды (в мг/литр) и обводненности (в процентах).

Создавая неупорядоченное распределение капель воды по всему объему, можно получить полимерный образец, моделирующий водонефтяную смесь по электрическим свойствам. Варьируя объем добавляемых капель воды, расстояние между ними, а также степень упорядоченности, возможно получение смесей, имитирующих разные режимы потока.

Для создания трехфазной смеси, после добавления воды возможно добавление рассчитанного из необходимого состава образца количества пузырьков газа (например, воздуха) аналогичным способом. Чтобы визуально отличать пузырьки газа от капель воды в полимере, воду может подкрашивать водорастворимым красителем (изменение проводимости подкрашенной воды должно контролироваться).

Объемы добавленной воды (или добавленного газа) легко контролируют мерным шприцом, таким образом, контролируют окончательные объемные доли всех трех фаз. С использованием данной технологии возможно получение образцов с обводненностью (суммарной объемной долей газа и воды) до 25%. При этом получаемый образец достаточно прочен и долговечен, что позволяет использовать его для дальнейших экспериментальных исследований. Время приготовления набора образцов около 24 часов, время жизни приготовленных образцов составляет более 1 года.

Для приготовления образцов типа "нефть в воде" в качестве вещества, имитирующего воду, может быть выбран агаровый гель либо другой загуститель (желатин, гуар и т.д.). В качестве вещества, имитирующего нефть, в данном случае могут быть использованы различные твердые вещества, например стеклянные шарики калиброванного размера (например, компания Ornella, Чешская республика). При этом важно, что электрическое сопротивление стекла близко к сопротивлению нефти, а соотношение диэлектрических проницаемостей стекла и агарового геля достаточно велико (что является основой для диэлькометрических методов измерения). Размер используемых стеклянных шариков может быть выбран от 1 до 10 мм. Технология получения образцов типа "нефть в воде" несколько отличается от технологии получения образцов типа "вода в нефти".

Для получения гелеобразной модели смеси "нефть в воде" проводят следующую процедуру:

1. Загуститель добавляют в воду (пропорция в соответствии с инструкцией по применению) и равномерно перемешивают.

2. В полученную смесь в нужном объеме добавляют стеклянные шарики.

3. Всю смесь подогревают до определенной температуры на водяной бане в течение времени, достаточного до полного растворения загустителя.

4. Сосуд со смесью снимают с водяной бани и по мере охлаждения периодически встряхивают для сохранения однородности структуры образца.

Таким образом, возможно получение образцов с обводненностью в интервале от 75 до 100%. Имитация третьей фазы смеси (пузырьков газа) при такой реализации метода затруднена из-за высокой рыхлости агарного полимера и неконтролируемой растворимости воздуха в полимере. Однако возможно использование ранее приготовленных капель другого загустителя, чьи диэлектрические свойства схожи с диэлектрическими свойствами воздуха. Капли вводят в остывающий образец аналогично вводу стеклянных шариков. Время приготовления набора образцов около 24 часов, время жизни составляет около 2 месяцев.

Ниже приведены примеры реализации разработанного способа.

1. Сосуд заполняют полимером "Пентэласт 712" пока уровень жидкости не достигнет отметки 80% объема образца, который изготовлен. Затем добавляют загуститель К-18 (компания Пента, Россия) в объеме 20% объема образца. Необходимо подождать 60 минут, чтобы дать жидкости загустеть. С использованием шприца, содержащего длинную (10 см) и тонкую (0.4 мм) иглу добавляют капельки воды. Полный объем добавленной воды есть произведение обводненности, которую нужно получить на объем изготавливаемого образца. После приготовления образца его верхнюю часть (излишки, образовавшиеся за счет присутствия капель воды и воздуха) можно обрезать.

2. 50 грамм агара марки 900 (желирующая способность 900 г/см) смешивают с 200 граммами теплой воды и оставляют до набухания на 2 часа. Затем объем жидкости доводится до 1 литра и нагревается на медленном огне до полного растворения агара (происходит при температуре около 90°С). Сосуд заполняют водным раствором агара в том объеме, который должен иметь изготовленный образец. Затем в еще горячий раствор добавляются стеклянные шарики. При необходимости получения нефтяной фазы в объеме 1 см³ необходимо добавить 239 шариков. Для удобства приготовления образцов можно взвешивать шарики - объему 1 см³ эквивалентно 2,5 грамма стеклянных шариков. Для получения однородной структуры смесь тщательно перемешивается.

1. Способ создания твердых образцов для исследования электрических свойств скважинной жидкости, представляющей собой многофазную смесь, характеризуемый тем, что определяют основной компонент в анализируемой многофазной смеси, выбирают вещество, схожее с основным компонентом по электрическим характеристикам и способное переходить в гелеобразное состояние, помещают его в сосуд, после загустевания вещества в него добавляют, по меньшей мере, второй компонент, моделирующий вторую фазу смеси.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для моделирования трехфазной смеси в полученную систему дополнительно вводят необходимое количество газа.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для загустевания первого компонента дополнительно вводят загуститель.