Подготовка образцов к петрофизическим исследованиям

ОСНОВЫ ПЕТРОФИЗИКИ

Лабораторные работы для бакалавров - геологов

Нефтяного профиля

РАБОТА С ОБРАЗЦАМИ

Петрофизические исследования могут быть поставлены для решения следующих задач:

1) Детальное изучение физических свойств по разрезу (примерно 10 образцов на метр проходки из одной скважины при постоянном их сопоставлении с данными ГИС).

2) Детальное изучение физических свойств по структуре одного из горизонтов или интервалов. Производится максимальный отбор керна по ряду скважин из интересую-щего объекта.

3) Установление петрофизических связей между физическими свойствами горных пород. Коллекция должна быть представительной во всём диапазоне изменения физических свойств.

Должен быть предусмотрен внешний контроль в других организациях и в виде повторных измерений в самой лаборатории.

ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ К ПЕТРОФИЗИЧЕСКИМ ИССЛЕДОВАНИЯМ

В процессе подготовки образцов к изучению петрофизических характеристик исследователь должен решить ряд предварительных задач.

Первая – отбор керна на скважине, этикетирование (указать интервал отбора, и дать литологическую характеристику), выполнить герметизацию керна на скважине для его доставки в исследовательскую лабораторию: а) либо под слоем солярового масла (если их транспортировка исключает использование авиации); б) либо парафинирование образцов упакованных в полиэтиленовые мешочки.

Вторая задача – правильно выбрать и создать коллекцию. Это может быть исследова-ние или отдельного объекта (пласта, группы пластов ), или же стоит задача изучения различных петрофизических связей.

Третья – составление схемы изучения образцов: проводить ли только петрофизичес-кие исследования, или же совместно с петрографией, химией и т. д. Предусмотреть изучение на одном образце максимального числа петрофизических характеристик без его разрушения.

Следующий этап – изготовление образцов (придание им правильной геометрической формы).

Исследования начинаются с отмывки, сушки и насыщения образцов.

2. ОТМЫВКА, СУШКА И НАСЫЩЕНИЕ ОБРАЗЦОВ

Для проведения комплекса петрофизических исследований на коллекции образцов, их необходимо, прежде всего, отмыть от возможно присутствующих в порах углеводородов и солей.

Процесс очистки порового пространства образца от нефти, битумов, воды и солей называют экстрагированием. От углеводородов образцы экстрагируют органическими pacтворителями в аппаратах Сокслета. В качестве растворителей применяют петролейный эфир, бензол, бензин, толуол, хлороформ (CHCl₃), четыреххлористый углерод, спиртобензольную смесь в соотношении 1:10 и более сложные смеси, например, четырехкомпонентную смесь спирта, хлороформа, четырёххлористого углерода и бензина в соотношении 1:1:1:4. Выбор того или иного растворителя или смеси определяется способностью растворять нефти и битумы. Наиболее сильными растворителями являются хлороформ, спиртобензольная и четырехкомпонентная смеси. Оптимальный растворитель, обес­печивающий требуемую полноту извлечения углеводородов и одновременную сохранность образцов следует nодбирать эксnериментально.

Правильный выбор растворителя может позволить не только очистить образец от углеводородов, но и количественно оценить наличие в порах лёгких и тяжелых нефтей, битумов и смол. Более полную информацию о природе углеводородов можно получить, изучая образцы в ультрафиолетовом свете.

Аппарат Сокслета (рис. 1) состоит из плоскодонной стеклянной колбы 1 (ёмкостью 1-3 литра) с пришлифованной с внутренней стороны горловиной 2, экстрактора 3 с внутренней пришлифовкой горловины 4, заканчивающегося расширяющей­ся внизу трубкой 5 с наружной nришлифовкой, которая вплавлена в дно цилиндрической части экстрактора 3 (трубка 5 сообщается с экстрактором тонкой сифонной трубочкой 6 и более широкой трубкой 7, соединяющей верхние части экстрактора и трубки) и шарового холодильника 8.

Для нагрева аппарата Сокслета применяют любые электроплитки со ступенчатым регулированием температуры и закрытыми плоскими нагревателями, либо специально изготавливаемую печь ЭП-4 с шестью нагревателями. При массовых измерениях стандартных образцов или образцов больших размеров возможно использование модификаций аппарата Сокслета например, экстракционный прибор ЭВ-1, экстрактор Э-1 и др.

Рис.1. Стеклянный экстрактор Сокслета .

Для экстрагирования образцы помещают в экстрактор 3, так, чтобы по высоте они не превышали верхнего колена сифона 6 , и полностью заливают их растворителем. В плоскодонную колбу 1 наливают растворитель с таким рас­четом, чтобы суммарный объём растворителя в экстракторе и в колбе составлял 2/3 объема последней. После этого собирают на шлифах аппарат, устанавливают его на электронагреватель и фиксируют холодильник 8 с помощью штатива или специальных держателей. Включают охлаждающую воду и нагрев. Пары закипевшего растворителя по трубке 7 попадают в холодильник, где, остывая, осаждаются на его стенках в виде капель и стекают в экстрактор, пос-тепенно заполняя его. Заполнение происходит до тех пор, пока уровень растворителя не достигнет верхнего колена трубки 6, после чего весь растворитель вместе с растворенными в нем углеводородами стекает в колбу 1. Цикл колба-экстрактор-колба повторяется многократно. Об окон­чании экстрагирования судят по отсутствию окраски растворителя в экстракторе, оставленном в выключенном аппарате на 15-40 ч. Работу проводят в вытяжном шкафу. После окончания экстрагирования образцы, вынутые из аппарата Сокслета, выветривают в вытяжном шкафу.

Существенным недостатком метода экстрагирования в ап­паратах Сокслета является длительность процесса, особенно при низкой проницаемости и больших объемах образцов. Существуют два экспресс-метода: метод экстрагирования-цен­трифугирования и метод циклического насыщения газирован­ным растворителем.

Метод экстрагирования образцов с помощью центрифуги заключается в подаче на вращающиеся с ротором образцы по горизонтальным трубкам растворителя, который, проходя через образцы, собирается в нижней части кожуха центрифуги, откуда поступает в испаритель, затем пары охлаждаются и цикл повторяется снова. Процесс экстрагирования длится 30-­60 мин.

При работе с центрифугой следует помнить, что большин­ство органических растворителей агрессивны по отношению к металлу. Поэтому в качестве растворителя обычно исполь­зуют керосин.

Метод экстрагирования газонасыщенным растворителем заключается в насыщении образцов растворителем, насыщен­ным каким-либо газом, например СО2, при давлении выше давления насыщения. Затем давление в рабочей камере снижают до атмосферного и газ, расширяясь, вытесняет растворитель из порового пространства образцов. Считается, что для полной отмывки образцов со средними фильтрационно-ем­костными свойствами необходимо 6-7 циклов насыщения.

В процессе подготовки образцов, при удалении воды из керна высушиванием, в результате снижения давления в порах при извлечении керна на поверхность и по другим причинам в поровом пространстве могут оказаться соли, которые в дальнейшем могут искажать изучаемые физические свойства: занижать пористость, проницаемость, искажать удельное элек­трическое сопротивление образцов, их плотность, скорость распространения упругих колебаний и т. д.

В зависимости от прочности породы, от ее глинистости и типа глинистых минералов отмывку солей проводят или в аппарате Сокслета или в эксикаторе. В качестве растворителя используют дистиллированную воду, метиловый спирт и др. Если порода не cтoйкая к воздействию растворителя, то отмывку проводят холодной водой в эксикаторе, периодически меняя воду до полного отсутствия солей в очередной порции воды. Такой процесс продолжителен и может длиться до 1-2 мес. Если образцы обладают высокой или средней проницаемостью и стойкие к воде, соли могут быть удалены путем продавливания воды через образец (таким же образом можно заменить ранее заполнявшую пластовую воду на воду иной минерализации). Считают, что для этого достаточно профильтровать через образец воду в количестве - 10 объемов порового пространства V _пор.

Низкопроницаемые образцы можно отмывать от солей,используя способ капил- лярной вытяжки. В этом случае образцы насыщают дистиллированной водой под вакуумом, а затем образцы на 1 сутки помещают в тонкодисперсную среду, которая вытягивает свободную и частично связанную воду из пор породы. Подобную операцию повторяют 10 и более раз.

Экстрагирование солей возможно и с помощью центрифуги, когда вода с растворенными в ней солями отжимается из образца в ходе работы центрифуги.

Следующей операцией в подготовке образцов к исследованию образцов ­является их сушка. Эта операция необходима при изучении абсолютной проницаемости породы, пористости, водонасыщенности­. Сушка образцов проводится в сушильных шкафах с терморегуляторами. В зависимости от вещественного состава, для плотных неглинистых пород поддерживают температуру камере 103° - 105° С. Глинистые породы сушат при тем­пературе_70° С. Увеличение температуры сушки глинистых пород может привести к необратимому разрушению их структуры. Для предотвращения адсорбции влаги из окружающего воздуха, образцы перед взвешиванием охлаждают в эксикаторе с находящимся в нем поглотителем влаги, например, хлористым кальцием СаС1₂.

Процесс сушки образцов продолжителен и занимает время до нескольких недель, что связано с невозможностью по правилам техники безопасности оставлять на ночь включенные электронагревательные приборы в петрофизической лаборатории. В конце рабочего дня образцы необходимо извлечь из сушильного шкафа и положить до следующей сушки в эксикатор с поглотителем влаги.

Конец сушки определяют по стабилизации массы m_c cyxoro образца.

Рис.2 . Аппарат для насыщения пород

под вакуумом

Многие физические свойства изучаются

на образцах, нacыщенных моделью пласто-

вой воды, нефти или просто керосином.

Насыщение может осуществляться различ-

ными способами: капиллярным впитывании-

ем, насыщением под вакуумом, насы­щением

под давлением и т. д. Наиболее часто образ-

цы насыщают под вакуумом в эксикаторах.

Такое насыщение ненадежно, так как необходимо в отдельных сосудах вакуумировать образцы и насыщающую жидкость, а затем через систему вентилей и шлангов заливать образцы этой жидкостью. В процессе заливки возможны и новые насыщения воздухом, так как для облегчения переливания жидкости в эксикатор с образцами над жидкостью понижают вакуум, а также защемление остатков воздуха в порах образца.

Процесс насыщения образцов облегчается и становится более надежным, если использовать для этого аппарат, предлагаемый показанный на рис.2. Вакуумирование образцов и жидкости происходит одновременно в одном сосу­де. Через вмонтированный в крышке 2 вентиль 1 подставку 3 с образцами 5 опускают в отвaкуумированную жидкость 4. Вакуумирoвание осуществляется через один вентиль.

В камере создают разрежение < 0,01 МПа и после прекраще­ния выделения пузырьков газа из жидкости образцы опускают в жидкость и вакуумируют еще несколько

часов. Затем вакуум-насос отключают и камеру соединяют с атмосферой. Процесс насыщения считается законченным.

Вопросы по теме «работа с образцами»

1. Какие жидкости применяются в качестве растворителей при отмывке образцов от нефти?

2. Чем определяется выбор растворителей для отмывки образцов от нефти?

3. Какими свойствами должен обладать растворитель?

4. Объясните принцип работы аппарата Сокслета.

5. По каким признакам судят об окончании отмывки (экстрагирования) нефти из образцов?

6. Объясните применение центрифуги для экстрагирования.

7. Объясните метод экстрагирования газонасыщенным растворителем.

8. Почему из образцов удаляют соли? Как это делают?

9. Какие способы отмывки образца от соли Вы знаете?

10. Перечислите операции подготовки нефтенасыщенных образцов к измерению их физических

свойств.

11. Какие способы сушки образцов Вы знаете? Как определяется окончание процесса?

12. Для чего и чем насыщают образцы при измерении их физических свойств?

13. Чем и какими способами насыщают образцы?

14. В чём состоит подготовка нефтеносных образцов к измерению физических свойств?

Лабораторная работа N° 2

ПЛОТНОСТЬ