Лабораторная работа №6. Тема: Остаточная водонасыщенность горной породы

Тема: Остаточная водонасыщенность горной породы. Способы её определения и моделирования по керну.

Цель: Изучить понятия остаточной водонасыщенность порового пространства пород-коллекторов, её связь с нефтетегазонасыщением. Составить представление о способах определения коэффициента остаточной водонасыщения.

Задачи:

1. Изучить понятия остаточного водонасыщения порового пространства. Выяснить физические причины явления остаточной водонасыщенности.

2. Описать технологию работы с керном в процессе определения коэффициента остаточного нефтенасыщения прямым методам. (смотреть Практикум по петрофизике под руководством В.Г Виноградова, А.В. Дахнова, С.Л. Пацевич стр.53-59, Руководство стр.41-46, + СТП ООО ТЦ «Тюменьгеофизика»)

3. Описать технологию работы с керном в процессе определения коэффициента остаточного нефтенасыщения косвенными методами (смотреть Практикум по петрофизике под руководством В.Г Виноградова, А.В. Дахнова, С.Л. Пацевич стр.50-53, Руководствопо лабораторным работам под руководством А.В. Дахнова стр.38-41, +СТП ООО ТЦ «Тюменьгеофизика»)

План описания технологии:

- отбор методы подготовки образцов горной породы к данному исследованию

- необходимая аппаратура и материалы

- последовательность выполнения работ

- форма записи результатов измерений

- допустимые погрешности измерения

- меры безопасности работ

Теоритическая часть:

При проведении разведки, исследований и разработки нефтегазовых залежей оценивается характер насыщения порового пространства водой, нефтью и газом. При этом важно знать различные виды полной и неполной влагоемкости или водонасыщения, обусловленное наличием остаточной и связной воды.

Содержание воды в горных породах называется их влажностью; способность горных пород в зависимости от их свойств и условий залегания удерживать то или иное количество влаги называется влагоемкостью; с ростом влажности пород изменяются свойства удержанной воды, в первую очередь её подвижность.

При геофизических исследованиях скважин непосредственное значение имеет полная влагоемкость, а так же влагоемкости обусловленные наличием связной воды. Последняя адсорбирована твердой фазой пород и подразделяется на прочно-, слабо- и рыхлосвязную.

Прочносвязанная вода – это вода поверхностного слоя кристаллической решетки твердой фазы пород и «ближней» гидратации ионов. Влагоемкость породы, отвечающая содержания прочносвязанной воды, характеризуется коэффициентом гигроскопической влагоемкости

W_г = V_в.пр.св / V_п

Или Коэффициентом водонасыщения породы прочносвязанной водой

K_в.пр.св = W_г / k_п = V_в.пр.св / V_пор

Здесь V_в.пр.св , V_п и V_пор соответственно объемы прочносвязанной воды, образца породы и его пор.

Прочносвязанная вместе с водой слабосвязанной, удерживаемой у твердой фазы её группами ОН и водой полислойной адсорбции, возникающих в близи от активных центров поверхности, обуславливает влагоемкость пород, названную максимальной адсорбционной.

Способность пород иметь разную максимальную адсорбционную влагоемкость оценивается коэффициентом максимальной адсорбционной влагоемкости

W_св = (V_в.пр.св +V_в.сл.св) / V_п

или коэффициентом водонасыщения породы адсорбированной водой

k_в.св = W_св /k_п = V_в.св /V_пор,

где V_в.св , V_пор – соответственно объемы воды связанной и пор.

Рыхлосвязанная вода удерживается в породе осмотическими и капиллярными силами. Часть этого вида воды остается при обычных лабораторных способах обезвоживания максимально влажного образца коллектора, содержащего в центральных участках пор, кроме воды связанной, свободную. В порах пород в этом случае находится, по-видимому, не только прочно- и слабосвязанная вода, но и вода углов пор, тонких капилляров и тупиковых пор.

Наблюдаемое при этом водонасыщении называется неснижаемым и характеризуется коэффициентом остаточного (неснижаемого) водонасыщения.

K_в.о = V_в.о / V_пор

Где V_в.о - объем остаточной воды, которая которая остается в породе при обычном лабораторном их обезвоживании (исключая сушку).

Полная влагоемкость, при которой поры пород нацелено заполнены свободной и связанной водой, оценивается коэффициентом полной влагоемкости

W_п = V_в / V_п

где V_в – объем всей воды породы.

Полная влагоёмкость определяется в связи с изучением петрофизических величин горных пород при различном соотношении твердой и жидкой фаз. Эти сведения необходимы также при подсчете запасов природных вод и в ряде других случаев. Определение коэффициента водонасыщения связной водой в коллекторах необходимо при ответах на вопросы образования залежей нефти, газа и воды, их разработки и подсчета запасов. Эти коэффициенты должны быть известны также при искусственном заводнении пласта с целью увеличения нефтеотдачи и в ряде других случаев.

При частичном водонасыщении образца в поровом пространстве могут содержаться нефть и газ. Отношение объемов воды, нефти и газа к объему порового пространства породы характеризуются коэффициентами водо-, нефте- газанасыщения, которые измеряются от нескольких до 90% и более.

Величины эти коэффициентов нужно знать при подсчете запасов нефти, газа и получения зависимостей, необходимых для оценки этих величин по значениям других измеряемых в скважине параметров, при составлении проекта разработки и доразведки месторождений и в других случаях.

При формировании нефтяных и газовых залежей в естественных резервуарах происходит процесс вытеснения воды, содержащейся в системе пустотного пространства пород, нефтью или газом. Однако при этом удаляется только свободная вода, тогда как пленочная вода, вода тонких капилляров и углов пор остается в породе. Таким образом, только часть порового пространства пород-коллекторов заполнена нефтью или газам.

Решая вопросы, связанные с нефтеотдачей пласта, необходимо знать количество остаточной воды. Качество-остаточной воды имеет важное значение при искусственном заводнении нефтяного пласта с целью увеличения нефтедобычи. Так, С. Л. Закс (1947) указывает на важность обработки нагнетаемой в пласт воды, чтобы при контакте ее с остаточной водой избежать выпадения в пласте осадка, способного закупорить поровые каналы.

Содержание остаточной воды обычно выражают в процентах от суммарной емкости пор. Оно может меняться от нескольких процентсв до 70% и более. В большинстве хорошо проницаемых песчано-алевритовых коллекторов эта содержание нефти составляет 15-25%.

Количества остаточной воды в породах-коллекторах в значительной мере зависит от характера структуры порового пространства, содержания и типа глинистых минералов.

Остаточная вода, находясь в поровой системе горных пород - коллекторов, занимает часть их объема. Разность объемов, занимаемых открытыми порами и остаточной водой, характеризует полезную емкость коллектора. Выраженная в процентах к объему породы она по существу отражает эффективную (полезную) пористость, а отнесенная к объему открытого порового пространства - степень нефтегазонасьпценности, иначе характеризует коэффициенты нефтегазонасьпценности. Эффективная пористость равна произведению пористости открытой на коэффициент нефтегазонасьпценности.

При водонасыщенности пласта, превышающей содержание остаточной воды, пласт содержит и свободную воду. Эта вода принимает участие в движении пластовой жидкости к забоям эксплуатационных скважин и может извлекаться на поверхность.

Остаточная вода может быть адсорбционной, или физически связанной, капиллярной или; содержаться в углах пор.

Образование адсорбционной воды на поверхности грунтовых частиц обусловливается как химическими, так и физическими силами, которые по своей природе являются силами электрическими.

Вода углов пор может быть также названа капиллярно разобщенной водой или капиллярно неподвижной грунтовой водой. Н. М. Герсеванов (1937) определяет влажность грунта, содержащего воду углов пор, как состояние защемленной воды в грунте. При увеличении влажности пород капиллярные поры нацело заполняются водой. В этом случае капиллярная вода подразделяется на собственно капиллярную и подвешенную воду. Схема распределения воды в капиллярах почвы приведена на рис. 1. Содержание остаточной воды в плате определяется, не только структурой порового пространства породы, но и влиянием емкости поглощения пород, что в свою очередь относится к глинистым породам с большой емкостью поглощения. В этом случае количество связанной воды находится в некоторой зависимости от физико-химических факторов.

При разном составе поглощенных оснований и при одной и той же структуре пород содержание прочно связанной воды может быть различным: Экспериментальные данные подтверждают, что величина гигроскопичности грунтов изменяется в зависимости от состава обменных катионов (Роде, 1952). Вода, взаимодействующая с твердой поверхностью породы, называется связанной, потому, что ее дипольные молекулы, потеряв под взаимодействием силового поля твердой поверхности породы часть степеней свободы движения ориентируются и располагаются более стройно и плотно, С постоянным переходом от свободного состояния к связанному по мере приближения к твердой поверхности. Чем больше суммарная поверхность соприкосновения породы с водой, тем большего содержания воды следует ожидать в пласте.

Слои воды, находящиеся на разном расстоянии от поверхности твердых частиц, неравноцены по своему физическому состоянию и неоднородны по химическому составу. Некоторую часть воды в подобных системах обычно называют связанной водой, отличая ее от воды свободной, не подверженной влиянию дисперсной фазы.

В разбавленных системах - суспензиях и коллоидных растворах - связывание жидкости с дисперсными частицами обнаруживается в уменьшении скорости оседания этих частиц и в увеличении внутреннего трения системы. В сцементированных и: не сцементированных горных породах связывание жидкости с дисперсными частицами сказывается в уменьшении живого сечения капилляров, что приводит к уменьшению фильтрации флюидов через пористые среды.

Для гидрофильных систем количество связанной воды во много раз превышает количество твердой фазы. Из присутствующих в осадочных породах дисперсных систем такой высокой способностью связывать воду обладают минеральные коллоиды - глинистые минералы, особенно пины группы монтмориллонита.

Прочно связанная вода не способна растворять в себе растворимые вещества (соли, сахар и т. д.). Она лишена электропроводности, имеет плотность выше единицы, не замерзает при охлаждении до.:-78С, ее диэлектрическая постоянная равна 2-2,2 (Роде, 1952; Пирсон, 1961). Наибольшее содержание влаги, обладающей всеми этими свойствами, по большей части несколько ниже величины максимальной гигроскопичности.

Образование адсорбированной воды может происходить одновременно на поверхности минеральных частиц, внутри их кристаллических решеток и вокруг адсорбционного слоя ионов. На (прил. 1) представлено распределение адсорбированной воды в частицах монтмориллонита. А. Ф. Лебедев (1936), исходя из состояния воды и ее подвижности, выделяет в породах воду кристаллизационную и химически связанную, гироскопическую, пленочную, гравитационную, парообразную и в твердом состоянии.

К категории воды, содержащейся в тонких капиллярах, относится вода, находящаяся в капиллярно неподвижном и стыковом (контактная) состояниях. Вода, находящаяся в более крупных поровых каналах, имеет капиллярно-подвижное, четочное и капиллярно-легкоподвижное состояние. Ее движение осуществляется главным образом за счет капиллярных (менисковых) сил.