Вода, заполняющая поровое пространство пород
 |  |  |
Гравитационно- Капиллярно - Физически связанная
Подвижная удерживаемая (вода ДЭС)
 | |  | |
Мегапор и сверхка- Капилляров, субкапил- Рыхло- Прочно-
Пилляров ляров (менисковая, связанная связанная
(крупных пор и углов пор, (диффузной - (адсорбцион-
Каверн ) осмотическая, части ДЭС) ной части
Пленочная) ДЭС)
Рис. 6.1. Классификация видов воды в породе.
Капиллярно-удерживаемая вода находится в породе под действием капиллярных сил. По классификации Карцева А.А. к ней относится капиллярная, стыковая и лиосорбционная (пленочная). Выделяемая им сорбционно-замкнутая вода идентифицируется как вода крупных пор и отличается от выделенной нами гравитационно-подвижной воды. Часть капиллярно-удерживаемой воды подвижна и может быть вытеснена под действием перепадов давлений наблюдаемых в естественных условиях в пластовой жидкости. Вода пленочная, осмотическая и углов пор в этих же условиях неподвижна. Капиллярно-удерживаемая вода характерна для поровых каналов диаметром от 0,1-0,2 мм и меньше. По своим свойствам капиллярно-удерживаемая вода близка к свободной. В порах она удерживается капиллярным давлением:
рк=2σ*cosθ/r, (6.1)
где σ – поверхностное натяжение на границе воды и воздуха (углеводородов); r – радиус капилляра; θ – угол смачивания.
Под физически связанной водой понимают воду, находящуюся в области действия двойного электрического слоя (ДЭС); она входит в объем пленочной воды.
Прочносвязанная вода формируется ближними к поверхности частиц молекулами воды, рыхлосвязанная – дальними. Прочносвязанная вода удерживается на поверхности твердой фазы породы с силой (давлением) до 1000 Мпа, не передает гидростатического давления, удаляется при температуре > 105 oC. Удаленная от твердой фазы часть рыхлосвязанной воды способна передавать перепады давления (подвижна) и удаляется при температуре <105oC.
Остаточная вода включает в себя, пленочную воду, воду тонких капилляров (субкапилляров), углов пор и осмотическую. Свойства физически связанной воды отличаются от свойств воды в объеме, т.е. от свойств остальных видов воды.
На рисунке 6.2. приведена классификация видов воды в породах по А.А. Карцеву.
 |
Рис. 8. Виды воды в горных породах (по А. А. Карцеву).
Сорбционно-замкнутая и капиллярная воды в модели А.А. Карцева могут рассматриваться как воды пор и связывающих их поровых каналов (в модели Элланского М.М.)
Одним из способов моделирования остаточной водонасыщенности является метод центрифугирования, который заключается в вытеснении воды из образцов горных пород под действием перепадов давления (рк) создаваемым центробежными силами.
В основе метода центрифугирования лежит получение перепадов давления на границе двух фаз в коротких образцах. Гравитационный потенциал, развиваемый при центрифугировании, перемещает жидкость в образце и изменяется от нуля на условно принятом верхнем торце образца до максимума на нижнем. Дифференциальное уравнение, описывающее это изменение, имеет следующий вид:
(6.2)
где 
- изменение гравитационного потенциала в образце на расстоянии dl, w - угловая скорость вращения; 
- разность плотности вытесняемой водной фазы и вытесняющей фазы (воздух, нефть и т.д.); R—радиус вращения образца (до его верхней границы); l—расстояние от верхнего конца образца до выделяемого элемента dl (рис. 6.1).
6 7 8
Рис. 6.1 Схема центрифугирования образцов.
Обозначения: 1 – уплотнительное кольцо; 2 – стакан; 3 – элемент dl образца; 4 перфорированное основание; 5 – вытесненная вода; 6 –ось вращения центрифуги; 7- фрагмент ротора центрифуги, 8 - корпус ячейки.
Интегрируя выражение (6.2), получаем уравнение, связывающее гравитационный потенциал с расстоянием вдоль образца керна длиной L
. (6.3.)
Если структура порового пространства и геометрические размеры образца постоянны по его длине, то средневзвешенный по объему гравитационный 
потенциал задается уравнением
. (6.4.)
Рассчитанный таким образом средневзвешенный потенциал обеспечивает вытеснение воды из образца, т.е. он должен быть равен среднему капиллярному давлению, развиваемому в каналах образца
. (6.5)
Если выразить угловую скорость через число п оборотов в 1 мин, плотность d (кг/м3) и длины R и L (м), то следующее уравнение позволяет получить капиллярное давление (МПа):
. (6.6.)
Экспрессный характер и достаточная воспроизводимость результатов способствовали тому, что метод центрифугирования нашел широкое применение в практике исследований коллекторов нефти и газа.
3. Практическая часть
Задание:Определить водоудерживающую способность образцов методом центрифугирования (моделирование остаточной водонасыщенности.
3.1. Приборы, оборудование, материалы соответствуют перечню, указанному в лабораторной работе 3, со следующими дополнениями:
a) Центрифуга с крестообразным (число оборотов не менее 3000 об/мин) или угловым (число оборотов не менее 6000 об/мин) ротором и таймером
b) Центрифужные стаканчики.
c) Часы (при отсутствии таймера в центрифуге).