Косвенные методы определения коэффициента остаточного водонасыщения

Перед проведением исследований любым косвенным методом образец породы, извлеченный из скважины при бурении на глинистом растворе, содержащий в порах фильтрат промывочной жидкости и невытесненные пластовые флюиды, экстрагируют в аппарате Сокслета, используя спиртобензольную смесь, а также дополнительно другие органические растворители - хлороформ, толуол. Далее экстрагированный образец высушивают при постоянной температуре, обычно 105 °С. Заметим, что изложенный способ подготовки образца к эксперименту тождествен тому, который применяют перед определением коэффициента пористости породы способом насыщения. Зятем образец насыщают водой, используя в зависимости от применяемого варианта косвенного метода модель пластовой воды или дистиллированную воду. Далее удаляют воду из образца, фиксируя в конце эксперимента содержание в образце остаточной, воды.

Косвенные методы определения к_в.о различаются способом удаления воды из образца. В лабораторной практике применяют следующие косвенные методы моделирования и определения остаточной воды: капиллярного вытеснения, центрифугирования, сушки при изменении температуры и с сохранением ее постоянной (изотермическая сушка), влагоемких сред, метод ЯМР. Наиболее широко применяют методы капиллярного вытеснения и центрифугирования.

Для определения к_в.о методом капиллярного вытеснения (капилляриметрии) изучаемый образец полностью насыщенный водой, помещают в специальную ячейку, в которую вслед за образцом помещают полупроницаемую мембрану с порами определенного размера. Под действием небольшого перепада, давлений, не превышающего 0,15-0,2 МПа, воду из образца вытесняют воздухом. В упрощенном варианте метода воду из образца вытесняют до создания в нем минимального для заданных условий (перепад давлений Δр, вытесняющая фаза) коэффициента водонасыщения к_в.о. Величину Δр выбирают в соответствии с размером пор мембраны, т.е. несколько меньшим значения Δр_кр, при котором возможен прорыв через мембрану вытесняющей фазы. Следовательно, условия проведения эксперимента уже заранее определяют верхний предел радиуса пор г_гр, из которых вода не будет вытесняться:

г_гр = 2а cosO/(Δр), (2)

где Δр - создаваемый максимальный перепад давления на образце; а - поверхностное натяжение на границе воздух - вода. Значение берут в пределах 0<O<45°, чаще полагают O=0. Величину к_в.о вычисляют по формуле k_в.о=(V_n - V_B.BbIT)/V_n.

В усложненном варианте эксперимента изучают динамику вытеснения воды воздухом, постепенно увеличивая Ар до предельного значения, при этом для нескольких промежуточных значений Ар определяют соответствующие им значения У_ввыт и текущего коэффициента остаточного водонасыщения к_в.о.тек. Результаты опыта изображают графически в виде зависимости k_B.0=f(Δp), где Δр=р_к - перепад давлений, обеспечивающий вытеснение капиллярно- удержанной воды из пор определенного размера. Если ячейка снабжена устройством для измерения удельного сопротивления образца, в ходе вытеснения воды воздухом фиксируется изменение во времени удельного сопротивления образца р_п; выход кривой p_n=f(Δр) на асимптоту показывает, что процесс вытеснения воды и моделирования остаточного водонасыщения образца завершен.

Кривую k_B.0 = f(p_K) используют для построения распределения по размерам пор, вычисляя среднее значение г группы пор, соответствующее величине р_к каждой промежуточной ступени вытеснения.

Значения к_{в 0}, полученные при вытеснении воды воздухом, целесообразно использовать при изучении газоносных коллекторов. Для определения к_в.о нефтеносных коллекторов воду из образца вытесняют керосином или, что более правильно, моделью пластовой нефти изучаемого геологического объекта.

Значение к_в.о рассчитывают по формуле:

k_B.0 = 1 –((m₂ – m₁)δ_в / (m₂ – m₁)(δ_в - δ_н) (1)

где m₁,m₂,m₃ - соответственно массы образца сухого, насыщенного водой и после завершения опыта; 8_В и 8_Н плотности воды и нефти.

В настоящее время промышленность выпускает полупроницаемые мембраны, рассчитанные на максимальное давление вытеснения 0,3-0,4 МПа, что позволяет повысить Ар и соответственно уменьшить граничное значение г_гр. Оптимальное значение Δр_mах в капилляриметрическом способе определения к_во подбирают для изучаемого геологического объекта или группы объектов таким, чтобы значения к_в.о по данным капилляриметрического и прямого методов были наиболее близкими для всей коллекции образцов коллектора при изменении коэффициентов пористости и проницаемости в широком диапазоне. Таким образом, для «настройки» технологии капилляриметрии необходимо располагать результатами определения к_в.о прямым методом хотя бы для одной скважины, пробуренной на изучаемом месторождении или группе месторождений. Применяемые в настоящее время полупроницаемые мембраны и соответствующие им давления Δр_к.mах обеспечивают вытеснение воды из капилляров радиусом г > 0,5-1 мкм.

В методе центрифугирования полностью водонасыщенный образец прошедший ту же подготовку перед исследованием капилляриметрическим методом, помещают в ячейку ротора центрифуги и центрифугируют в течение некоторого времени с заданной частотой вращения п. Вытеснение воды происходит благодаря созданию при центрифугировании давления р_к в поровых каналах образца:

р_к =l,8n²Δδ(3RL + L²)-10^-10

где n - частота вращения ротора центрифуги, ^мин-1; Δδ – разность плотностей воды и вытесняющей фазы (если это воздух, то Δδ=δ_В), г/см³; R и L - радиус вращения и длина образца, см.; р_к, МПа.

Частоту и продолжительность вращения выбирают обычно такими, чтобы получаемые значения к_{в о} были наиболее близкими к значениям k_ls.₀ на тех же образцах, установленными прямым или капилляриметрическим методом. Для этого подбирают коллекцию образцов, представительную по отношению к изучаемому объекту, и на них определяют к_в.о методом центрифугирования и прямым методом, или центрифугированием и капилляриметрией, режим которой обоснован сравнением с данными прямого метода.

В качестве вытесняющей фазы используют воздух, реже - керосин. Частота и продолжительность вращения устанавливаются тем большими, чем ниже коэффициент проницаемости образца. Для образцов с к_пр > 100-10^-15 м² обычно используют п < 4000 мин"¹ при времени вращения до 30 мин. С уменьшением к_пр время вращения доводят до 1 ч, а частоту вращения до 6000 мин"¹. Как и при капилляриметрическом методе, устанавливая значение к_в.о методом центрифуги, режим центрифугирования подбирают таким, чтобы обеспечить вытеснение воды из капилляров с г > 0,5н-1 мкм.

Величину k_в.0 рассчитывают по формуле (1). Очевидное преимущество метода центрифугирования по сравнению с капилляриметрическим значительно меньшая, продолжительность эксперимента. К недостаткам метода относятся необходимость настройки режима центрифугирования на данные капилляриметрии и более низкая точность определения k_B.0.

Контрольные вопросы:

1. Сформулируйте понятие остаточной воды коллектора и объясните его связь с нефтегазонасыщением пород.

2. Назовите виды связанной воды. Какие факторы являются определяющими в процессе формирования слоев связанной воды пород.

3. Назовите достоинства и недостатки косвенных методов оценки остаточного водонасыщения.

4. Назовите виды воды, насыщающей поровое пространство горной породы.

5. Какую воду относя к остаточной воде? Дайте определения каждаму виду этой воды.

6. Какими факторами обусловлена неподвижность воды в поровом пространстве горной породы.