Способ количественного определения различных фаз водонасыщенности горных пород методом термомассометрии



Способ количественного определения различных фаз водонасыщенности горных пород методом термомассометрии
Способ количественного определения различных фаз водонасыщенности горных пород методом термомассометрии
Способ количественного определения различных фаз водонасыщенности горных пород методом термомассометрии
Способ количественного определения различных фаз водонасыщенности горных пород методом термомассометрии

 


Владельцы патента RU 2488091:

Общество с ограниченной ответственностью "ЛУКОЙЛ-Инжиниринг" (ООО "ЛУКОЙЛ-Инжиниринг") (RU)

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/Кпрг0.25.

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения относительной влажности воздуха от 0 до 100% в интервале температур (- 20÷50)°С.

Изобретение относится к технике измерения физических свойств материалов, например влажности, и может быть использовано во влагометрии неводных жидкостей, например бензинов, дизельных топлив, двигательных и трансформаторных масел и других растворов в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к технике проведения анализа газовой фазы и может быть использовано при анализе качественных и количественных показателей табачных изделий (сигарет, сигарилл, сигар).

Изобретение относится к аналитической химии газовых фаз с применением метода пьезокварцевого микровзвешивания. .

Изобретение относится к аналитической химии. .

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для контроля содержания загрязнителей атмосферы. .

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для повышения эффективности увлажнения краевых зон угольных пластов в целях борьбы с внезапными выбросами угля и газа путем оперативного и надежного определения влажности угольного пласта при увлажнении. Техническим результатом является увеличение оперативности и повышение безопасности при определении влажности угля в угольном пласте в шахтных условиях при увлажнении краевых зон ударо- и выбросоопасных угольных пластов. В способе пневмосверлом сверлят скважину в боку подготовительной выработки, определяют скорость сверления до увлажнения и после увлажнения угольного пласта, а прирост влажности определяют из результатов сопоставления измерений скорости сверления и результатов предварительных лабораторных исследований.3 ил.

Изобретение относится к области исследований или анализа защитных свойств сорбентов, поглощающих пары органических веществ по принципу физической адсорбции, весовым способом. Устройство для определения длины работающего слоя углеродного микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ содержит круглый корпус, снабженный съемным основанием с выходным патрубком, на котором установлена гайка для крепления устройства на подставку, сверху корпус закрыт съемной крышкой с диффузором, снабженной входным патрубком для возможности подачи внутрь корпуса пара органического вещества. Внутри корпуса, по высоте, установлены пронумерованные чашечки с отверстиями, в которые послойно насыпан исследуемый сорбент с толщиной слоя 2 мм, а также уплотнительное кольцо для создания герметичности. Изобретение обеспечивает уменьшение времени на определение длины работающего слоя углеродного микропористого сорбента при поглощении паров органических веществ. 1 ил.

Изобретение относится к области деревообработки и может быть использовано в мебельной промышленности при оценке эксплуатационных свойств (водостойкости) защитно-декоративного покрытия на деталях изделий из древесины и древесных материалов. Испытуемый образец предварительно взвешивают, укладывают на мениск дистиллированной воды, образованный в емкости. Затем образец выдерживают не менее 24 часов и снимают с емкости. Далее производят повторное взвешивание образца. Техническим результатом является обеспечение возможности оценки качества защитно-декоративного покрытия по водостойкости с минимальными затратами и получение результатов более простым способом. 2 ил.
Наверх