Описание конструкции и методика работы установки для определения реологических свойств нефти

Министерство образования и науки Российской Федерации

«Ульяновский государственный университет»

Кафедра нефтегазового дела и сервиса

Профессор Германович П.К.

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

ПО

ПОДЗЕМНОЙ ГИДРОМЕХАНИКЕ

Ульяновск

Г.

Вопросы для самоподготовки

1. При каких условиях и какие компоненты нефти обуславливают проявление аномалии вязкости?

2. Что понимается под аномалией вязкости и аномалией подвижности нефти в породе?

3. Какие отрицательные последствия от проявления аномалии вязкости нефти следует ожидать при разработке месторождений смолистых и парафиновых нефтей?

4. Что необходимо сделать для предотвращения аномалии вязкости?

5. Что нужно знать при проектировании разработки неньютоновскихнефтей?

6. Какие свойства нефти относятся к реологическим?

7. Расскажите об устройстве и принципе действия установки для исследования фильтрации аномально вязкихнефтей конструкции УНИ.

8. Перечислите фильтрационные параметры аномально вязкихнефтей.

9. Расскажите о последовательности обработки и определения фильтрационных параметров аномально вязких нефтей.

Список использованных источников

1) Гиматудинов Ш.K., Физика нефтяного и газового пласта/Ш.К. Гиматудинов, А.И. Ширковский.- М.: Недра, 1982.-С, 128-137.

2) Девликамов В.В. Аномальные нефти /В.В. Девликамов, З.А. Хабибуллин, М.М. Кабиров. - М.:Недра, 1975. - С. 21-37.

3) Девликамов В.В. Аномальные нефти: учеб.пособие /ВБ. Девликамов, З.А. Хабибуллин, М.М. Кабиров. - Уфа, 1977. - С. 5-58.

4) Девликамов В.В. Аппаратура и методика исследований реологических свойств аномально вязких пластовых нефтей: метод.руководство/ВБ. Девликамов, З.А. Хабибуллин, М.К. Рогачев. - Уфа, 1977. - С. 3-51.

В лабораторном практикуме по подземной гидромеханике дано описание лабораторных работ и порядок их проведения. Материал изложен в той последовательности, в какой изучается дисциплина «Подземная гидромеханика».

Цель учебного пособия – оказать помощь студентам в подготовке и проведении лабораторных работ по данной дисциплине.

Таблица 5.4 - Результаты расчета фильтрационных параметров аномально вязких нефтей.

Q, м3/с	Vф, м/с	grad P, Па/м	k/μ,	Но, Па/м	И™ Па/м	(k/μ)m, м2/(Па·с)	(k/μ)о, м2/(Па·с)

Рисунок 5.5 - Реологическая линия аномально вязкой нефти

Введение

Подземная гидромеханика – это наука о фильтрации жидкостей и газов в пористых и трещиноватых горных породах, слагающих продуктивные пласты. Положения этой науки используются для решения вопросов проектирования рациональной разработки нефтяных и газовых месторождений. В связи с этим при подготовке горных инженеров-нефтяников изучению этой науки уделяется большое внимание. Закрепление знаний ведется и путем выполнения лабораторных работ по курсу.

В этом учебно-методическом пособии рассмотрены вопросы по разделу «Установившаяся и неустановившаяся фильтрация несжимаемых ньютоновских и аномальных жидкостей в пористой среде». Представлены лабораторные работы, которые знакомят с особенностями фильтрации жидкостей в однородных и неоднородных пластах, с методикой проведения, обработки и анализа результатов гидродинамических исследований скважин на установившихся и неустановившихся режимах фильтрации. Кроме того, в нем изложены меры безопасного выполнения работ, список необходимой литературы и перечень вопросов к самоподготовке по каждой работе.

Оформление лабораторной работы следует производить в следующей последовательности:

1. кратко и четко сформулировать цель работы;

2. кратко изложить теорию, написать основные формулы;

3. начертить схему лабораторной установки и дать краткое ее описание;

4. привести результаты измерений в виде таблиц;

5. дать результаты обработки опытов и измерений в виде таблиц или рисунков;

6. сформулировать выводы; в выводах высказать суждение о полученном

результате.

Для выполнения лабораторных работ следует иметь при себе вычислительное устройство, метрическую линейку и карандаш. Работа оформляется с соблюдением общепринятых требований в международной системе измерения единиц (СИ).

ΔP - перепад давления на концах образца, Па;

L - длина образца, м;

(5.3)

где - коэффициент подвижности нефти, м²/(Па·с).

По зависимости скорости фильтрации от градиента давления определяются следующие фильтрационные параметры аномально вязкой нефти: градиент динамического давления сдвига Н, градиент давления предельного разрушения структуры Н_m коэффициент подвижности нефти с практически неразрушенной структурой (k/μ)о и коэффициент подвижности нефти с предельно разрушенной структурой (k/μ)_т (рисунок 5.2).

Обработка реологических кривых с целью определения фильтрационных параметров аномально вязких нефтей производится в следующей последовательности:

1) По данным об объемном расходе (таблица 5.2) и площади поперечного сечения породы (таблица 5.3) рассчитывается скорость фильтрации нефти.

2) Вычисляются коэффициенты подвижности нефти при фильтрации через породу.

Эти данные записываются в таблицу 5.4.

3) Строится реологическая линия. По этой линии определяются фильтрационные параметры: градиент динамического давления сдвига Но и градиент давления предельного разрушения структуры Н_т.

4) Подвижность нефти с практически неразрушенной структурой и подвижность нефти с предельно разрушенной структурой определяются как среднее значение коэффициента подвижности нефти, вычисленное по точкам, лежащим соответственно на нижней и верхней области фильтрации, с соблюдением закона Дарси (см. рисунок 5.2). Сведения о фильтрационных параметрах нефти заносятся в таблицу 5.4.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1.

ИЗУЧЕНИЕ ОДНОМЕРНОЙУСТАНОВИВШЕЙСЯ

ФИЛЬТРАЦИИ ЖИДКОСТИ В ОДНОРОДНОЙ ПОРИСТОЙ СРЕДЕ

Общие положения

Одномерным называется фильтрационный поток жидкости, в котором скорость фильтрации и давление являются функциями только одной координаты,
отсчитываемой вдоль линии тока. При установившейся фильтрации траектории
движения частиц жидкости совпадают с линиями тока. Предположим, что при
фильтрации жидкости траектории всех частиц жидкости являются параллельными прямыми, а скорости фильтрации во всех точках любого поперечного (перпендикулярно к линиям тока) сечения потока равны друг другу. Законы движения вдоль всех траекторий такого фильтрационного потока совершенно одинаковы, а потому достаточно изучить движение вдоль одной из траекторий, которую можно принять за ось координат - ось Ох (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Схема прямолинейно-параллельного фильтрационного потока

перепад давления. Измерения производятся при 10-15 режимах течения жидкости в капилляре либо в пористой среде.

Рисунок 5.1 - Принципиальная схема установки для изучения реологических свойств и фильтрации аномально-вязких нефтей

В таблице 5.1 приводятся основные технические характеристики установки.

точках, для которых постоянна абсцисса х, т.е. уравнение x=const представляет собой уравнение семейства изобар (линий равного давления) - семейства горизонтальных прямых, перпендикулярных к линии тока Ох. Таким образом, гидродинамическое поле такого фильтрационного потока можно представить двумя семействами взаимно перпендикулярных прямых линий - изобар и линий тока.

Градиент давления при установившейся фильтрации жидкости в такой залежи определяется из следующего выражения:

(1.4)

Таким образом, градиент давления для прямолинейно-параллельного потока есть величина постоянная.

Скорость фильтрации жидкости составляет

(1.5)

где k - коэффициент проницаемости пласта;

μ - динамическая вязкость фильтрующейся жидкости.

Дебит галереи Q определяется по формуле

(1.6)

где F - площадь поверхности фильтрации, перпендикулярной к траектории движения жидкости в пласте.

Как видно из формул, дебит и скорость фильтрации также не зависят от х, то есть являются величинами постоянными.

Описание конструкции и методика работы установки для определения реологических свойств нефти

В Уфимском государственном нефтяном техническом университете разработана установка для комплексного исследования структурно-механических свойств пластовых нефтей. Установка позволяет исследовать фильтрацию структурированной нефти через породы; исследовать реологические свойства нефти при скоростях движения, соответствующих пластовым; проводить опыты по фильтрации жидкостей в широких диапазонах градиентов давлений и скоростей фильтрации нефти. Исследование фильтрации на установке ведется с использованием образцов естественных песчаников или капилляров.

Установка позволяет моделировать пластовые условия по температуре, давлению, скорости фильтрации и сдвига.

Принципиальная схема установки представлена на рисунке 5.1. Из рисунка видно, что в составе установки имеются следующие узлы и системы:

1. Измерительные прессы, заполненные маслом, ИП-1 и ИП-2. Прессы отградуированы и приводятся в движение электродвигателем М через систему понижающих редукторов РП-1 и РП-2. Прессы служат для нагнетания в разделительные колонки и отбора из них масла с фиксированными объемными расходами. Редукторы позволяют изменить объемный расход жидкости от 0,1 до 1·10^-7 см³/c

2. Разделительные колонки РК-1 и РК-2 необходимы для исключения контакта исследуемой жидкости с маслом, поступающим из пресса. Кроме того, РК-2 выполняет роль противодавления в системе.

3. Узел кернодержателя ПС, в который помещен образец песчаника.

4. Узел капилляра К. Здесь установлен капилляр длиной 2,13 м и диаметром 3,12-10^-4 м. Капилляр свернут спирально и заключен в термостатирующий кожух.

Узел жидкостного дифференциального манометра ДЖМ. Манометр компенсационного типа служит для замера перепада давления на

Номер пьезометра	Режим 1	Режим 2	Режим 3
Динамический уровень в пьезометре, м	Высота динамического столба вода в пьезометре, м	Давление x103,Па	Динамический уровень в пьезометре, м	Высота динамического столба воды в пьезометре, м	Давление х103,Па	Динами­ческий уровень в пьезометре, м	Высота динамического столба воды в пьезометре, м	Давление х103,Па
П1
П2
П3
П4
П5
П6
П7
Расход вода х106, м3/с

Установившийся расход воды при фильтрации через пласт замеряется с помощью мерного цилиндра Е и секундомера.

На этой экспериментальной установке изучают распределение давления в пласте и определяют коэффициенты проницаемости отдельных участков и среднюю проницаемость пласта.

1.2Изучение распределения давления в однородном пласте полосообразной залежи

Открывают кран К и создают установившуюся фильтрацию воды. Неизменность пьезометрической линии (т.е. уровней жидкостей в пьезометрах) и постоянство расхода воды во времени в процессе опыта будет свидетельствовать об установившейся фильтрации воды.

Измеряют положения уровней воды в пьезометрах П1 - П7 и установившийся расход воды на трех различных режимах, т.е. при трех различных положениях крана К. Данные замеров заносятся в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 - Результаты измерения

По данным замеров из таблицы 1.1 строят графики распределения давлений по длине модели пласта для всех трех режимов фильтрации жидкости (рисунок 1.3).

Вопросы для самоподготовки

1. Написать дифференциальное уравнение неустановившейся фильтрации жидкости.

2. Написать основное уравнение теории упругого режима.

3. Какие параметры можно определить при проведении исследований на неустановившихся режимах фильтрации (КВД)?

4. Что понимают под коэффициентом пьезопроводности и как он определяется?

5. Порядок интерпретации результатов исследования скважин методом восстановления давления.

6. Порядок выполнения работ при исследовании скважин.

Список использованных источников

1) Василевский В.Н. Исследование нефтяных пластов /В.Н. Василевский, А.И. Петров.-М.: Недра, 1973.- С. 109-112.

2) Бузинов С.Н, Гидродинамические методы исследования скважин и пластов/ С.Н.Бузинов, И.Д. Умрихин. - М.: Недра, 1973. - С. 50-56.

3) Басниев К.С. Подземная гидравлика /К.С. Басниев, А.М. Власов, И.Н. Кочина. -М.: Недра. 1986.- С. 148-151.

4) Басниев К.С. Подземная гидромеханика; учебник для вузов /К.С. Басниев, И.Н. Кочина, В.М. Максимов. - М.:Недра, 1993.- 416с.

однородном пласте определяется по формуле
(1.9)

где

x_i- расстояние от начала координат на контуре питания до того сечения, в котором определяется давление, м;

Р_к - давление на контуре питания (определяется по показанию пьезометраП1), Па;

Р_r-давление на галерее. Оно определяется по показанию пьезометра П7, Па,

L - длина пористой среды, м.

Результаты расчетов P_i и Р_mi заносят в таблицу 1.2 и для сравнения с фактическими значениями наносят на графиках.

Таблица 1.2 — Сравнение фактических данных с теоретическими

Номер	Режим 1	Режим 2	Режим 3
пьезометра	Фактич-е	Теоретич-е	Фактич-е	Теоретич-е	Факти-е	Теоретич-е
	давление x103,	давление x103,	давление x103,	давление x103,	давление xlO3,	давление х103,
	Па	Па	Па	Па	Па	Па
П1
П2
ПЗ
П4
П5
П6
П7

Номер замера	Объем, см3	Время, с	Дебит, см7с	Дебит, м3/с

После замера дебита скважины быстро закрыть кран 3 и одновременно включить секундомер. Через равные промежутки времени (60 - 90 с) фиксировать положение уровня в скважине 1 в течение 20 - 30 мин. Результаты замеров занести в таблицу 4.2.

Таблица 4.1 - Результаты определения дебита скважины при установившейся фильтрации жидкости

Таблица 4.2 - Результаты исследования скважины методом восстановления давления

Интерпретация результатов исследований заключается в определении численных значений характеристик пласта и скважины:

Время, с	Динамический уровень в скв.1,м	Динамический столб жидкости в скв.1,м	Рс ,Па	ΔРс(t), Па	lnt
...
1200-1800

Таблица 1.3 - Результаты расчета коэффициентов проницаемости

Вопросы для самоподготовки

1. Перечислите основные виды фильтрационных потоков пластовых жидкостей и газов.

2. Перечислите примеры практического применения теории одномерного потока.

3. Напишите дифференциальные уравнения одномерного потока для установившегося режима фильтрации.

4. Что называется статическим и динамическим уровнем жидкости? Статическим и динамическим столбом жидкости? Пластовым и забойным давлением?

5. Что называют градиентом давления и скоростью фильтрации жидкости? Их размерности.

6. Напишите закон Дарси.

7. Как распределяется давление, градиент давления и скорость фильтрации по длине пласта при одномерном потоке? Напишите формулы определения этих параметров,

8. Напишите формулу для определения дебита галереи.

9. Расскажите о схеме установки для изучения одномерного потока.

Список использованных источников

1) Пыхачев Г.В. Подземная гидравлика /Г.В. Пыхачев, Р.Г. Исаев. - М.: Недра, 1973-С. 44-57.

Номер секции	Коэффициент проницаемости отдельных секций, мкм2	Средняя проницаемость модели пласта, мкм2

2) Басниев К.С. Подземная гидравлика /К.С. Басниев, AM Власов, И.Н. Кочина. -М.: Недра. 1986.-С. 51-59.

Рисунок 4.2 - Преобразованный график восстановления забойного давлений

По углу наклона этой прямой к оси абциcс определяют В:

(4.6)

откуда гидропроводность и проницаемость пласта определяют как

(4.7)

(4.8)

По отрезку А, отсекаемому на оси ординат, определяют параметр χ/r_с²:

(4.9)

Наличие в пласте зоны с пониженной проницаемостью приводит к увеличению фильтрационного сопротивления и снижению скорости фильтрации жидкости. Дебит галереи (скважины) определяется величиной средней проницаемости.

К_ср = L_к \ \ к_i

(2.2)

= (2.3)

где x_i - протяжённость i-й зоны с проницаемостью соответственно к_i,

n- количество зон с отличающейся проницаемостью,

L_k - протяженность галереи.

Формула дебита галереи при одномерной установившейся фильтрации жидкости имеет следующий вид:

(2.4)

где Q - дебит галереи;

k_ср- средняя проницаемость;

μ - коэффициент динамической вязкости жидкости;

Р_к - давление на контуре питания;

Р_г - давление в галерее;

L_k - протяженность галереи;

F - площадь поперечного сечения галереи.