Способ измерения весовой концентрации глинистого материала в образце пористой среды


 


Владельцы патента RU 2507501:

Шлюмберже Текнолоджи Б.В. (NL)

Изобретение относится к способам неразрушающего анализа образцов пористых материалов, в частности оно может быть использовано для количественного исследования ухудшения свойств нефте/газосодержащих пластов ("повреждения пласта") из-за проникновения в процессе бурения глинистых материалов, содержащихся в буровом растворе. Через образец пористой среды прокачивают раствор глинистого материала. После окончания прокачки измельчают по меньшей мере часть образца в порошок и производят отмучивание глинистой фракции из образовавшегося порошка. Осуществляют рентгеноструктурный анализ отмученной глинистой фракции и определяют весовую концентрацию глинистого материала в образце пористой среды. Техническим результатом является обеспечение возможности измерения малой весовой концентрации глинистого материала, проникшего в поровое пространство в ходе закачки глиносодержащего раствора. 2 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к способам неразрушающего анализа образцов пористых материалов, в частности, оно может быть использовано для количественного исследования ухудшения свойств нефте/газосодержащих пластов ("повреждения пласта") из-за проникновения в процессе бурения глинистых материалов, содержащихся в буровом растворе.

Проблема повреждения пласта под воздействием бурового раствора (или промывочной жидкости) является очень важной, особенно для длинных горизонтальных скважин, т.к. заканчивание большинства из них производится в необсаженном состоянии, т.е. без цементированной и перфорированной эксплуатационной колонны.

Буровые растворы представляют собой сложные смеси глины, мелких частиц (размером от нескольких миллиметров до менее одного микрона) и органических добавок (полимеры, поверхностно-активные вещества и т.д.), содержащихся в "несущей" жидкости - "основе" бурового раствора, в качестве которой может выступать вода, нефть или какая-либо синтетическая жидкость.

В процессе бурения под воздействием избыточного давления фильтрат бурового раствора, а также содержащиеся в нем мелкие частицы и глина проникают в околоскважинную зону пласта и вызывают значительное снижение ее проницаемости (для характеризации этого явления обычно используется термин "повреждение призабойной зоны пласта" или, просто, "повреждение пласта").

Во время технологической процедуры очистки скважины (путем постепенного вывода на добычу) эти компоненты частично вымываются из околоскважинной зоны, и ее проницаемость частично восстанавливается. Тем не менее часть компонентов остается удержанной в поровом пространстве породы (адсорбция на поверхности пор, захват в поровых сужениях и т.д.), что приводит к существенному различию между исходной проницаемостью и проницаемостью, восстановленной после проведения технологической процедуры очистки (обычно восстановленная проницаемость не превышает 50-70% от начальной).

Общепринятым лабораторным методом проверки качества бурового раствора является фильтрационный эксперимент по его закачке в образец керна с последующей обратной прокачкой (т.е. вытеснения проникшего бурового раствора исходной пластовой жидкостью), в ходе которого замеряется динамика ухудшения/восстановления проницаемости как функция от количества закачанных поровых объемов флюидов (буровой раствор или пластовая жидкость).

Однако концентрация глины и других компонентов бурового раствора, удерживаемых в поровом пространстве после обратной прокачки, представляет собой важную информацию для понимания механизма повреждения пласта и выбора соответствующего метода повышения коэффициента продуктивности скважины (минимизации повреждения призабойной зоны пласта). Данные параметры не замеряются в рамках указанной выше традиционной процедуры проверки качества бурового раствора.

Количественный анализ механизмов повреждения пласта, связанных с проникновением в процессе бурения глинистых материалов, представляет наибольший интерес в силу широкого распространения буровых растворов на глинистой основе.

Весовая концентрация глины, проникшей в поровое пространство в ходе воздействия бурового раствора, обычно мала (не превышает 1-1,5% по весу). Тем не менее в силу высокого коэффициента разбухания глины и ее пористости такая малая весовая концентрация приводит к значительному (5-20 раз) снижению проницаемости породы.

Техническая проблема связана с трудностью измерения малой весовой концентрации глины в пористой среде, поскольку рентгеноструктурный анализ и рентгеновская компьютерная микротомография не обеспечивают достаточного разрешения для весовой концентрации материала <1%.

В патентах США №4540882, а также №5027379 заявляются методы определения глубины проникновения бурового раствора при помощи рентгеновской компьютерной томографии керна с добавлением контрастного агента. Но использование контрастного агента, растворимого в "несущей жидкости" не позволяет оценить глубину проникновения и концентрацию глины и иных слабоконтрастных добавок, содержащихся в буровом растворе, поскольку глубина проникновения фильтрата бурового раствора и указанных добавок в общем случае различна.

В патенте США 5253719 предлагается метод диагностирования механизмов повреждения пласта путем анализа радиально ориентированных образцов керна, отобранных из скважины. Образцы керна анализируются с помощью набора различных аналитических методов для определения типа и степени повреждения пласта, а также глубины зоны повреждения. Среди аналитических методов перечисляются рентгеноструктурный анализ (XRD), локальный рентгеноспектральный анализ, сканирующая электронная микроскопия (SEM), электронная микроскопия обратного рассеяния, петрографический анализ, оптическая микроскопия.

Согласно стандартной методике рентгеноструктурный анализ (XRD) выполняется на измельченном в порошок кусочке образца керна весом 1 грамм. Целью данного метода является идентификация типов и измерение относительного количества минералов, представленных в образце керна. Керн может быть разделен на несколько сегментов, нумеруемых, например, в порядке удаления от ствола скважины вглубь пласта. В этом случае относительное количество минералов в каждом сегменте, измеренное с помощью рентгеноструктурного анализа (XRD), может быть использовано для определения типа и степени повреждения пласта, а также глубины зоны повреждения.

Однако перечисленные в указанном выше патенте методы не применимы для измерения концентрации глины малого содержания (менее 1% весовой концентрации). Рентгеноструктурный анализ (XRD), выполненный в соответствии со стандартной методикой, не позволяет измерить малую весовую концентрацию глины, когда эта величина не превышает 1% по весу.

Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, состоит в обеспечении возможности измерения малой весовой концентрации глинистого материала, проникшего в поровое пространство в ходе закачки глиносодержащего раствора.

В соответствии с предлагаемым способом определения весовой концентрации глинистого материала в образце пористой среды прокачивают раствор глинистого материала через образец, после окончания прокачки измельчают по меньшей мере часть образца в порошок, производят отмучивание из образовавшегося порошка глинистой фракции, осуществляют рентгеноструктурный анализ отмученной глинистой фракции и определяют весовую концентрацию глинистого материала.

Предпочтительно часть образца пористой среды для измельчения отделяют от образца вблизи торца, в который осуществлялась закачка раствора глинистого материала.

Отделяемая для измельчения часть образца пористой среды должна иметь вес не менее 1 грамма.

В качестве примера реализации способа было проведено измерение весовой концентрации бентонитовой глины, проникшей в пористый образец после прокачки через него 2% раствора данной глины.

После приготовления 2% водного раствора бентонитовой глины с добавлением хлорида натрия (18 г/л) был произведен фильтрационный эксперимент по закачке подготовленного 2% глинистого раствора в образец пористой среды. Было прокачано девять поровых объемов (отношение объема закачанного раствора к объему порового пространства образца), после чего из-за значительного падения проницаемости фильтрация практически прекратилась, и эксперимент был остановлен.

От образца пористой среды вблизи входного торца (т.е. торца, в который осуществлялась закачка раствора глины) с помощью разлома была отделена часть весом 20 грамм, эта часть образца была измельчена (предпочтительно отделяемая и измельчаемая часть должна быть не менее 1 грамма) и помещена в воду для отмучивания (разделение твердых частиц, используя различие скоростей их падения в жидкостях) мелкой фракции. Путем отмучивания в воде из всей совокупности частиц выделен 1 грамм мелкой фракции с размером, меньшим 4 мкм.

Согласно общепринятой методики (см., например, Пущаровский Д.Ю. Рентгенография минералов. М.: ЗАО «Геоинформмарк», 2000, 292 с. или Шлыков В.Г. Рентгеновский анализ минерального состава дисперсных пород. М.: Геос. 2006, стр.76-102) был проведен рентгеноструктурный анализ (XRD) мелкой фракции для определения ее минерального состава. Весовую концентрацию определяют по стандартной методике (Шлыков В.Г. Рентгеновский анализ минерального состава дисперсных пород. М.: Геос. 2006, стр.76-102; Шлыков В.Г. Рентгеновские исследования грунтов. Учебное пособие. - М.: Изд-во МГУ, 1991, 184 с.).

Весовая концентрация бентонитовой глины, измеренная с помощью рентгеноструктурного анализа отмученной мелкой фракции, пересчитана относительно массы исходной измельченной части образца.

Окончательная величина весовой концентрация бентонитовой глины в образце пористой среды после прокачки 2% раствора бентонитовой глины равна 1.6%.

1. Способ определения весовой концентрации глинистого материала в образце пористой среды, в соответствии с которым прокачивают раствор глинистого материала через образец пористой среды, после окончания прокачки измельчают по меньшей мере часть образца в порошок, производят отмучивание из образовавшегося порошка глинистой фракции, осуществляют рентгеноструктурный анализ отмученной глинистой фракции и определяют весовую концентрацию глинистого материала.

2. Способ по п.1, в соотвествии с которым часть образца пористой среды для измельчения отделяют от образца вблизи торца, в который осуществлялась закачка раствора глинистого материала.

3. Способ по п.1, в соответствии с которым от образца пористой среды для измельчения отделяют часть весом не менее 1 грамма.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для обеспечения измерений плотности преимущественно буровых и тампонажных растворов, используемых в процессе строительства скважин.

Изобретение относится к области измерения и контроля технологических параметров. .

Изобретение относится к области измерения плотности изделий с использованием гамма-излучения. .

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к неразрушающим методам контроля при производстве ядерного топлива, а именно - топливных таблеток. .

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам для измерения плотности сыпучих материалов и тел произвольной формы, и может найти применение в различных отраслях промышленности, например в химической, пищевой, фармацевтической и др.

Изобретение относится к способам неразрушающего анализа образцов пористых материалов, в частности, оно может быть использовано для количественного исследования ухудшения свойств нефте/газосодержащих пластов ("повреждения пласта") из-за проникновения в процессе бурения глинистых материалов, содержащихся в буровом растворе. Для определения весовой концентрации глины в образце пористого материала выбирают водорастворимую соль металла, вступающую в селективную ионно-обменную реакцию с глиной, с общей формулой R+M-, где металл R+ выбирают из группы {Ba2+; Sr2+; Tl+; Rb+…}, М- выбирают из группы {Cln; NOn; OHn; CH3COO, SO4;…} в соответствии с таблицей растворимости неорганических веществ в воде. Маркируют глину путем смешивания глины с водным раствором выбранной соли металла, удаляют остатки соли металла, не провзаимодействовавшие с глиной. Проводят рентгенофлуоресцентную спектрометрию маркированной глины и образца и определяют содержание металла в маркированной глине и естественное содержание металла в образце. Прокачивают водный раствор маркированной глины через образец, высушивают образец и проводят рентгенофлуоресцентную спектрометрию целого образца или его отдельных сегментов. Определяют содержание металла в образце или в каждом сегменте и рассчитывают весовые концентрации глины, удерживаемой в образце или в каждом его сегменте. Техническим результатом является обеспечение возможности измерения малой весовой концентрации глины, проникшей в поровое пространство образца в ходе закачки глиносодержащего раствора. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области бесконтактного измерения плотности пористого материала с использованием измерения коэффициента преломления материала посредством оптической когерентной томографии. При помощи метода оптической когерентной томографии определяют оптический путь, соответствующий прохождению через объект, выполненный из пористого материала и который является сферическим и полым, светового луча, используемого для осуществления указанного метода, определяют толщину объекта, определяют коэффициент преломления пористого материала на основании оптического пути и толщины и определяют плотность пористого материала на основании определенного коэффициента преломления. Изобретение обеспечивает повышение точности вычисления плотности. 2 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

Предлагаемое техническое решение относится к измерительной технике. Сверхвысокочастотный способ определения плотности древесины включает зондирование образца древесины электромагнитными волнами. Затем принимают пару ортогонально поляризованных волн, вычисляют скорости распространения этих волн при их прохождении через образец древесины, помещают контролируемый образец древесины в электрическое поле. Далее принимают возникающую за счет искусственной анизотропии поляризованную волну, распространяющуюся параллельно силовым линиям зондирующей волны, вычисляют изменение показателя преломления этой волны при ее прохождении через образец материала и о плотности ρ древесины судят по формуле ρ=(3Кλ2М-3M)/(АКλ2+2А), где М - молекулярная масса вещества; λ - длина зондирующей волны; А=4πNα, где N - число Авогадро; α - поляризуемость молекул вещества; К=υпар 2В2Е4/(υпар-υпер)2, где В - коэффициент, зависящий от свойства контролируемой среды, Е - напряженность электрического поля, υпар и υпер - скорости распространения волн, поляризованных параллельно и перпендикулярно силовым линям зондирующей волны соответственно. Техническим результатом является упрощение процедуры определения плотности вещества. 1 ил.
Наверх