Способ определения открытой пористости и текущей нефтенасыщенности нефтяных сланцев методом термического анализа

Авторы патента:

Глотов Антон Васильевич (RU)

G01N25/56 - путем определения влагосодержания

G01N25/14 - с помощью перегонки, экстрагирования, возгонки, конденсации, замораживания или кристаллизации (G01N 25/02 имеет преимущество)

G01N15/082 - Исследование свойств частиц; определение проницаемости, пористости или площади поверхности пористых материалов (идентификация микроорганизмов C12Q)

G01N15/08 - определение проницаемости, пористости или поверхностной площади пористых материалов

Владельцы патента RU 2662055:

Открытое акционерное общество "Томский научно-исследовательский и проектный институт нефти и газа" (RU)

Изобретение относится к области нефтяной промышленности и является петрофизической основой для подсчета запасов углеводородов. Оно может быть использовано как в отношении нефтяных, так и газовых сланцев, плотных карбонатных и других пород, имеющих низкие значения пористости и проницаемости, а также многокомпонентный состав насыщающих поровое пространство флюидов (нетрадиционные коллекторы). Сущность изобретения заключается в том, что в способе определения открытой пористости и текущей нефтенасыщенности нефтяных сланцев, включающем метод жидкостенасыщения дистиллированной водой или другой жидкостью, очистку пустотного пространства от свободных углеводородов методом термического анализа, согласно изобретению для идентификации и количественной оценки содержания органических соединений, определения природы воды и других неорганических соединений, минералогического анализа используют совмещение метода термического анализа со спектрометрическими методами: масс-, ИК-Фурье, хромато-масс-спектрометрия; для количественной оценки изменения геометрических размеров горной породы при нагревании используют совмещение метода термического анализа с дилатометрическими методами (термодилатометрия). Данный способ позволяет на одном образце проводить измерение открытой пористости и текущей нефтенасыщенности. Технический результат – уменьшение погрешности измерений, повышение информативности способа. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Известны стандартизированные способы определения открытой пористости по газу (газоволюметрический метод) и жидкости (метод жидкостенасыщения или Преображенского) (ОСТ 39-181-85, ГОСТ 26450.0-85 - ГОСТ 26450.2-85), а также «Способ определения смачиваемости пород-коллекторов» (SU 1777048 А1 23.11.1992), включающий определение открытой пористости путем насыщения образцов пластовой водой.

Основным недостатком указанных методов является их разработка применительно к традиционным породам коллекторам. Наибольшую погрешность вносит пробоподготовка. Экстракция (холодная, горячая) приводит к неселективному вымыванию органического вещества, физическому разрушению образца и невозможности установить окончание очистки. Термическая сушка образца приводит к генерации новых порций углеводородов. Невозможно использовать воду для насыщения гидрофобного образца, использование керосина приводит к растворению органического вещества и недонасыщению за счет крупного размера молекулы.

«Способ смачиваемости пород-коллекторов» (SU 1777048 А1 23.11.1992), предусматривающий определение открытой пористости и остаточной водо- и нефтенасыщенности путем насыщения образцов пластовой водой, основывается на стандартной методике оценки открытой пористости методом жидкостенасыщения и ему присущи вышеописанные недостатки (экстракция, сушка, насыщение) этого метода в отношении нетрадиционных пород-коллекторов. Экстракция органическими растворителями меняет смачиваемость пород традиционных коллекторов на нейтральную, что позволяет насыщать породу любым флюидом. Однако в отношении пород нетрадиционных коллекторов экстракция не меняет смачиваемость, что не позволяет насыщать образцы водой после стандартной пробоподготовки.

Известны стандартизированные способы определения текущей нефтенасыщенности прямыми методами (ретортный, экстракционно-дистилляционный) (ОСТ 39-204-86), а также «Устройство для определения насыщенности образцов горных пород» (SU 1390553 А1 от 23.04.1988), описывающее работу устройства для последующей оценки насыщенности горных пород путем их нагрева и испарения воды и других жидкостей.

Главным недостатком этих методов также является их разработка применительно к традиционным породам-коллекторам.

Недостатками экстракционно-дистилляционного метода являются невозможность определить момент исчерпывающей очистки пустотного пространства от флюидов и растворение маломобильного и неподвижного в пластовых условиях органического вещества (асфальты, битум и другие геополимеры).

Ретортный метод оценки нефтенасыщенности посредством нагревания образца также не позволяет определить момент исчерпывающего удаления углеводородов из образца за счет низкой и ультранизкой проницаемости породы, а также постоянной генерации органическим веществом новых порций углеводородов за счет длительного нахождения породы при высокой температуре.

«Устройство для определения насыщенности образцов горных пород» (SU 1390553 А1 от 23.04.1988) предусматривает лишь техническое усовершенствование реторты, увеличивающее ее производительность, но не качество получаемых данных. Устройство не позволяет: создать инертную атмосферу вокруг образца (лишь герметизирует), что приводит к окислению органического вещества за счет кислорода воздуха и запуску цепной реакции; оценить динамику выделения флюидов; оценить динамику изменения веса образца; точность определения объема выделенного флюида; определить природу выделенной воды; состав углеводородных флюидов; исключить взаимные реакции между флюидами; оценить тепловое расширение образца.

Таким образом, описанные методы определения открытой пористости и нефтенасыщенности обладают существенными недостатками применительно к породам нетрадиционных коллекторов, искажающими истинные значения определяемых величин.

ОСТ 39-204-86 от 1986 г. выбран в качестве прототипа предложенного решения.

Технический результат предполагаемого изобретения заключается в снижении погрешности измерений открытой пористости и текущей нефтенасыщенности нефтяных сланцев и повышении экономической эффективности за счет снижения трудозатрат и длительности исследований.

Указанный технический результат достигается тем, что способ определения открытой пористости и текущей нефтенасыщенности нефтяных сланцев, включающий метод жидкостенасыщения дистиллированной водой или другой жидкостью, очистку пустотного пространства от свободных углеводородов методом термического анализа, отличается тем, что для идентификации и количественной оценки содержания органических соединений, а также определения природы воды и других неорганических соединений, минералогического анализа используют совмещение метода термического анализа со спектрометрическими методами: масс-, ИК-Фурье, хромато-масс-спектрометрия; для количественной оценки изменения геометрических размеров горной породы при нагревании используют совмещение метода термического анализа с дилатометрическими методами (термодилатометрия). Данный способ позволяет на одном образце проводить измерение открытой пористости и текущей нефтенасыщенности.

Способ определения открытой пористости и текущей нефтенасыщенности нефтяных сланцев реализуется следующим образом. Непосредственно из керна или из торцевых остатков (1) стандартных цилиндрических образцов (4) диаметром 30 мм и высотой от 30 до 45 мм (или любых других образцов горных пород) кольцевым сверлом выбуривают геометризированный образец (2) в форме цилиндра диаметром 5 мм и затем разделяют на две равные части (3), каждая из которых имеет высоту 3 мм и массу 100 мг (фиг. 1).

Торцевые поверхности полученных цилиндров (3) пришлифовывают для обеспечения наиболее плотного контакта образца с поверхностью держателя образца (чашки) со встроенной термопарой.

Для оценки открытой пористости и текущей нефтенасыщенности нефтяных сланцев определяют температуру начала пиролиза органического вещества. Для этого один из образцов нагревают со скоростью 10°С/мин в инертной атмосфере до температуры 550°С. Инертная атмосфера предотвращает окисление органического вещества и исключает влияние атмосферного воздуха на оценку нефтенасыщенности исследуемого образца. Заранее экспериментально определяют параметры нагревания (скорость нагрева, продувки, масса образца, тигель и другое), что позволяет существенно сократить время проведения анализа и при этом сохранить хорошую дифференциацию сигналов изменения массы и теплового потока.

Температуру начала пиролиза органического вещества определяют по резкому увеличению скорости изменения веса (кривая 5) и/или уменьшению величины теплового потока (кривая 6) (эндотермическая реакция) (фиг. 2).

По максимальной величине теплового потока (кривая 6) и резкому увеличению скорости изменения массы (кривая 5) определяют значение температуры начала пиролиза органического вещества, в приведенном примере эта температура составляет 357,92°С.

Для учета водонасыщенности образца в расчете нефтенасыщенности метод термического анализа совмещают с масс-спектроскопией (фиг. 3).

Сигнал 18 m/z (пик 7) в начале нагрева соответствует выходу техногенной воды, используемой при выбуривании образца. В случае одновременной десорбции органического вещества и воды сигнал 18 m/z интегрируют для получения ее количественного содержания. Если выявленная вода относится к капиллярно-связанной, то ее количество учитывают при расчете нефтенасыщенности. Остальные значения близки к погрешности масс-спектрометра: химически сорбированная вода (пик 8), пирогенная вода (пик 9) (за счет пиролиза органического вещества, керогена (пик 10) относится к разложению глинистых минералов.

После определения температуры начала пиролиза органического вещества, второй параллельно отобранный образец нагревают только до ранее определенной температуры начала пиролиза - до 357,92°С (фиг. 4). При этом потеря веса соответствует количеству свободных углеводородов в образце. После этого открытое пористое пространство образца считают очищенным от свободных углеводородов (и воды при ее наличии).

Потеря веса M₁ - М₂ = 1,671%, где M₁ и М₂ - начальный и конечный вес образца соответственно.

Рассчитывают текущую нефтенасыщенность по формулам:

где Н - насыщенность (%),

Vсв. ов - занимаемый свободным органическим веществом объем (см³),

Vпop - объем пор образца (см³),

где M1 - масса образца до нагревания (г),

М2 - вес образца после нагревания и охлаждения (г),

ρ - плотность нефти (г/см³).

Затем определяют открытую пористость методом жидкостенасыщения дистиллированной водой или другой жидкостью (метод Преображенского), согласно утвержденной методике:

где V_пор - объем пор образца (см³),

V_o6p - объем образца (см³),

P₁ - вес сухого образца в воздухе (г),

Р₂ - вес насыщенного водой образца (г), погруженного в воду,

Р₃ - вес насыщенного образца в воздухе (г),

ρ - плотность воды (керосина) (г/см³).

Для использования образцов других размеров и веса необходимо экспериментально определить допустимые параметры и режимы проведения термического анализа.

Использование описанного способа определения открытой пористости и текущей нефтенасыщенности нефтяных сланцев с использованием метода термического анализа уменьшает погрешность измерений благодаря бесконтактному очищению открытого пористого пространства горной породы от свободных углеводородов, не затрагивая связанные углеводороды и сохраняя целостность органоминерального скелета образца породы.

Совмещение метода термического анализа со спектрометрическими методами позволяет определять динамику выделения, природу неорганических (вода, диоксид углерода и других газов) и органических соединений и учитывать их количество при расчете нефтенасыщенности, а также более точно проводить границу начала пиролиза. Совмещение метода термического анализа с дилатометрией (термодилатометрия) позволяет учитывать тепловое расширение образца (если фиксируется) при расчете открытой пористости, спектрометрическая диагностика минерального состава позволяет учитывать коэффициенты теплового расширения минералов и их влияние на изменение пустотного пространства.

1. Способ определения открытой пористости и текущей нефтенасыщенности нефтяных сланцев, включающий метод жидкостенасыщения дистиллированной водой или другой жидкостью, очистку пустотного пространства от свободных углеводородов методом термического анализа, отличается тем, что для идентификации и количественной оценки содержания органических соединений, определения природы воды и других неорганических соединений, минералогического анализа используют совмещение метода термического анализа с спектрометрическими методами: масс-, ИК-Фурье, хромато-масс-спектрометрия; причем для количественной оценки изменения геометрических размеров горной породы при нагревании используют совмещение метода термического анализа с дилатометрическими методами (термодилатометрия).

2. Способ по п. 1 отличается тем, что позволяется на одном образце проводить измерение открытой пористости и текущей нефтенасыщенности.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в составе системы контроля состояния почвы на агрономическом объекте. Устройство для дистанционного контроля влажности и температуры почвы включает блок питания, блок обработки данных и подключенные к нему датчики параметров окружающей среды и передающий блок.

Способ определения содержания незамерзшей воды в мерзлых грунтах // 2654832

Изобретение относится к геологии и к горным наукам, а именно к геокриологии, и позволяет определять содержание незамерзшей воды в различных минеральных и органогенных мерзлых грунтах, а также в мерзлых загрязненных породах, содержащих органические (нефть, нефтепродукты и др.) и солевые компоненты.

Устройство измерения влажности сыпучих материалов // 2653092

Устройство относится к измерительной технике, в частности к техническим средствам измерения влажности зерна во время сушки и хранения. Заявленное устройство измерения влажности сыпучих материалов содержит источник опорного напряжения, генератор контрольной частоты, ключи первый и второй, суммирующий счетчик, образцовый конденсатор, инвертор, трехвходовой элемент И, отличающееся тем, что введены датчик влажности в виде конденсатора с потерями, генератор тактовых импульсов, таймер, RS триггеры первый и второй, реверсивный счетчик, регистр памяти, элементы И первый, второй, третий, четвертый - двухвходовые, при этом выход источника опорного напряжения соединен с входами таймера и первого ключа, управляющий вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выход - с информационным входом таймера, входом второго ключа и через датчик с общей шиной, которая через образцовый конденсатор соединена с выходом второго ключа, управляющий вход которого соединен с выходом второго триггера и третьим входом пятого элемента И; выход таймера соединен с информационным входом суммирующего счетчика, первыми входами первого, второго, третьего элементов И и через инвертор с вторым входом пятого элемента И; первые входы четвертого и пятого элементов И соединены с выходом генератора контрольной частоты, а выходы - соответственно с вычитающим и суммирующим входами реверсивного счетчика, выход которого соединен с информационным входом регистра памяти, выход которого является выходом устройства; вторые входы третьего и четвертого элементов И соединены с вторым выходом суммирующего счетчика, первый выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, выход которого соединен с входом сброса второго триггера; выход тактового генератора соединен с входами сброса реверсивного счетчика, регистра памяти, с входом S второго триггера и первого триггера, вход сброса которого соединен с входом сброса суммирующего счетчика, выходом третьего элемента И и входом синхронизации регистра памяти, а выход - с вторым входом первого элемента И, при этом таймер содержит цепочку последовательно соединенных одинаковых по номиналу резисторов R1, R2, R3, компараторы верхнего и нижнего порогов, триггер, прямой выход которого является выходом таймера, соединенные между собой прямой вход компаратора верхнего порога и инверсный вход компаратора нижнего порога образуют информационный вход таймера, который является входом резистора R1, выход которого соединен с инверсным входом компаратора верхнего порога и входом резистора R2, выход которого соединен с прямым входом компаратора нижнего порога и входом резистора R3, выход которого соединен с общей шиной; вход R триггера соединен с выходом компаратора верхнего порога, а вход S - с выходом компаратора нижнего порога.

Многоканальное устройство измерения влажности сыпучих материалов // 2653091

Устройство относится к измерительной технике, в частности к техническим средствам измерения влажности зерна во время сушки и хранения. Сущность заявленного устройства заключается в том, что многоканальное устройство измерения влажности сыпучих материалов содержит источник питания, компаратор, RS триггер, ключ, датчики, конденсатор образцовый, тактовый генератор, мультиплексор, счетчик номеров каналов, индикатор номера канала, генератор контрольной частоты, элементы «И» первый и второй, счетчик влажности, калибратор, индикатор влажности, при этом от источника питания опорное напряжение поступает на прямой вход компаратора, а рабочее напряжение поступает на вход ключа, управляющий вход которого соединен с инверсным выходом RS триггера и вторым входом второго элемента «И», а выход через образцовый конденсатор с общей шиной; входы датчиков соединены с инверсным входом компаратора и выходом ключа, а выходы через мультиплексор с общей шиной; вход R триггера соединен с выходом компаратора, а вход S - с выходом тактового генератора, вторым входом счетчика влажности и входом счетчика номеров каналов, выход которого соединен с управляющим входом мультиплексора и входом индикатора номера канала; прямой выход триггера соединен с вторым входом первого элемента «И», первый вход которого соединен с выходом генератора контрольной частоты, а выход с первым входом счетчика влажности, выход которого соединен с первым входом второго элемента «И», выход которого через калибратор соединен с входом индикатора влажности.

Гигрометр // 2652656

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано в кулонометрических гигрометрах. Заявленный гигрометр, состоящий из кулонометрической ячейки, выполненной секционно, из двух частей - рабочей и контрольной, расположенных во внутреннем канале корпуса ячейки последовательно одна за другой, стабилизатора расхода газа, микроамперметра, кнопки «Контроль», источника постоянного тока.

Способ определения содержания воды в нефтесодержащих эмульсиях и отложениях // 2650079

Изобретение относится к способам определения содержания (концентрации) воды в нефтесодержащих эмульсиях и отложениях, в отработанных нефтепродуктах и других нефтесодержащих отходах (нефтешламах), а также в почвах и грунтах с мест розлива нефтепродуктов или территорий с высоким уровнем загрязнения углеводородами по другой причине.

Способ определения удельной объемной теплоты сгорания природного горючего газа в бомбовом калориметре и устройство для заполнения калориметрической бомбы горючим газом // 2646445

Изобретение относится к области исследования свойств материалов с помощью калориметрических измерений и может быть использовано в бомбовых калориметрах для определения теплоты сгорания горючих газов.

Измеритель содержания дисперсной фазы в газовом потоке // 2644449

Изобретение относится к области контроля качества подготовки природного и попутного нефтяного газов к транспорту, а также к области контроля качества жидкостей, транспортируемых по трубопроводам, в нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано на топливно-энергетических, химических, нефтехимических и нефтегазоперерабатывающих предприятиях.

Способ оценки комфортности микроклимата в помещениях жилых, общественных и административных зданий // 2636807

Изобретение относится к системам контроля эффективности работы систем отопления, вентиляции и кондиционирования жилых, общественных и административных зданий и может быть использовано при проектировании, реконструкции и оптимизации режимов работы указанных систем, а также при разработке и внедрении энергосберегающих мероприятий.

Пьезорезонансный датчик для определения относительной влажности воздуха // 2632997

Использование: для определения влажности атмосферного воздуха. Сущность изобретения заключается в том, что пьезорезонансный датчик содержит камеру с генератором частоты колебаний пьезорезонатора, пьезорезонатор и частотомер, камера оснащена изменителем и измерителем температуры, последовательно соединенными с блоком обработки и хранения информации, блоком отображения результатов измерения относительной влажности воздуха, при этом выход частотомера и выход измерителя температуры соединены с первым и вторым входами блока обработки и хранения информации, а электроды пьезорезонатора модифицированы пленкой поливинилпирролидона.

Способ определения скорости образования конденсата паров металла на горячей поверхности плотного материала и устройства для его осуществления // 2658776

Изобретение относится к процессам конденсации паров металлов, в частности кремния, протекающей на горячей поверхности плотного материала, и предназначено для использования при разработке новых процессов металлирования и их совершенствования.

Состав для экстракции в водных расслаивающихся системах без органического растворителя // 2640340

Изобретение относится к химии и технологии жидкостной экстракции, а именно к составу экстракции в водных расслаивающихся системах без органического растворителя. Состав представляет собой состав на основе производных антипирина и органической кислоты: вода - минеральная кислота - диантипирилметан (ДАМ) - производное сульфокислоты, причем в качестве производного сульфокислоты содержит лаурилсульфат натрия и его мольное соотношение с ДАМ изменяется от 1:1,5 до 7:13 при суммарном количестве 2,0 ммоль, при оптимальной концентрации ионов водорода в составе в интервале 0,2-0,5 моль/л.

Способ определения концентрации топлива в маслах // 2324167

Изобретение относится к экспресс-методам определения наличия и концентрации топлива в маслах в стационарных и полевых условиях. .

Способ обнаружения следовых количеств малолетучих веществ на пальцах рук // 2315278

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для решения задач обнаружения следовых количеств малолетучих (например, взрывчатых, наркотических) веществ на пальцах рук человека, подлежащего контролю, например, в составе контрольно-пропускных пунктов (КПП), порталов или турникетов.

Способ определения октанового числа автомобильных бензинов // 2310832

Изобретение относится к методам исследования автомобильных топлив. .

Способ определения концентрации охлаждающей жидкости в смазочных маслах // 2297624

Изобретение относится к измерительной технике. .

Способ определения фракционного состава жидких нефтепродуктов посредством экспресс-перегонки (варианты) и устройство для его осуществления // 2273845

Изобретение относится к измерительной технике. .

Способ определения характеристик перегонки жидких нефтепродуктов посредством мини-экспресс-перегонки и устройство для его осуществления // 2246717

Способ консервирования малых доз антигена в жидком азоте // 2236452

Изобретение относится к микробиологии, в частности к способам консервирования диагностических препаратов. .

Устройство для оценки испаряемости углеводородных топлив по фракционному составу // 2090871

Способ определения коэффициента диффузии растворителей в листовых ортотропных капиллярно-пористых материалах // 2661447

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании процессов массопереноса и для определения коэффициентов диффузии растворителей в изделиях из ортотропных листовых капиллярно-пористых материалов в бумажной, легкой, строительной и других отраслях промышленности.