способ определения коэффициента фильтрации горных пород

Формула изобретения

Способ определения коэффициента фильтрации горных пород, включающий вертикальное размещение в емкости с жидкостью образца горной породы и трубки из прозрачного материала, открытой с обоих концов, фильтрацию через образец жидкости и регистрацию одновременно в емкости и трубке изменения уровня жидкости во времени, по которому рассчитывают коэффициент фильтрации, отличающийся тем, что трубку герметично крепят в несквозном цилиндрическом отверстии цилиндрического образца горной породы, а расчет коэффициента фильтрации осуществляют по формуле для радиальной фильтрации.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к исследованию физических свойств материалов, в частности к определению проницаемости горных пород.

Известен способ определения коэффициента фильтрации горных пород, включающий пропитку водой сухого песка, утрамбованного в закрепленной на штативе вертикальной трубке, нижний конец которой опускают под уровень воды, налитой в сосуд, производят замеры высоты подъема воды по окраске песка, строят график зависимости ее от времени и рассчитывают необходимые параметры (см. Гордеев В.П. и др. Руководство к практическим занятиям по гидрогеологии. М., 1981, с.14).

Для измерения фильтрационных параметров и процессов нефти или газа из пород - коллекторов используют различные лабораторные установки, принцип работы которых основан на том, что образец горной породы закрепляют в кернодержателе и с помощью насоса или газа высокого давления продавливают через горную породу жидкость или газ с регистрацией параметров расхода и давления на входе и выходе из кернодержателя. Промышленная установка УИПК-1М выпускается в ограниченном количестве и обслуживается 3-4 человеками (см. Поляков Е.А. Методика изучения физических свойств коллекторов нефти и газа. М., 1981, с.111).

Для оперативного определения коэффициента фильтрации горных пород используют способ по а.с. СССР №1603247, Кл. G 01 N 15/08, 1990, выбранный нами в качестве прототипа.

Этот способ включает герметичное закрепление образца горной породы в трубке, открытой с обоих концов и выполненной из прозрачного материала, вертикальное погружение ее в емкость с прозрачной жидкостью, фильтрацию через образец жидкости и регистрацию во времени изменения уровня жидкости одновременно в емкости с жидкостью и трубке с образцом.

Недостатком способа является несовпадение направления фильтрации в образце горной породы и в природных условиях и, таким образом, игнорирование фактора анизотропии фильтрационных свойств горной породы.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение информативности исследований.

Данный технический результат достигается тем, что в известном способе определения коэффициента фильтрации горных пород, включающем вертикальное размещение в емкости с жидкостью образца горной породы и трубке из прозрачного материала, открытой с обоих концов, фильтрацию через образец жидкости и регистрацию во времени одновременно в емкости и трубке изменения уровня жидкости во времени, по которому рассчитывают коэффициент фильтрации, трубку герметично крепят в несквозном цилиндрическом отверстии цилиндрического образца горной породы, а расчет коэффициента фильтрации осуществляют по формуле для радиальной фильтрации.

Предлагаемый способ поясняется чертежом.

На чертеже представлена схема установки для осуществления предлагаемого способа.

Установка включает емкость с жидкостью 1, в которой размещен образец керна 2 с отверстием 3, в которое вставлена трубка 4.

Осуществляется способ следующим образом.

В полноразмерном цилиндрическом образце керна 2 диаметром D в основании цилиндра высверливают цилиндрическое несквозное отверстие 3 диаметром d. В отверстие 3 помещают и герметично крепят открытую с обоих концов прозрачную трубку 4. Образец 2 помещают вертикально в емкость 1, которую затем наполняют прозрачной жидкостью выше уровня образца 2. Емкость 1 и трубка 4 предварительно градуируются.

В начальный период под действием гидростатического давления воздух фильтруется и вытесняется из образца 2 по трубке 4, после чего в трубке устанавливается уровень жидкости выше образца горной породы.

Скорость подъема уровня жидкости в трубке 4 в процессе опыта прямо пропорциональна коэффициенту проницаемости образца горной породы по жидкости и высоте зоны фильтрации (расстоянию от нижнего конца трубки 4 до дна отверстия 3).

Коэффициент фильтрации определяют по известной формуле Дарси для радиальной фильтрации (см. Итенберг С.С., Дахкильгов Т.Д. Геофизические исследования в скважинах. - М.: Недра, 1982, с.35):

где К - коэффициент фильтрации, м² ;

- динамическая вязкость фильтруемой жидкости, Па·с;

D - диаметр образца, м;

d - диаметр цилиндрического отверстия, м;

W- расход жидкости, фильтруемой через образец, м³/с;

Н_ф - высота зоны фильтрации, м;

Р - разница давлений на внешней и внутренней поверхностях образца горной породы, Па.

Для радиальной фильтрации под действием гидростатического давления по предложенной схеме:

где h - подъем уровня жидкости в трубке за время Т, м;

S - площадь поперечного сечения трубки, м²;

Т - интервал времени между двумя регистрациями уровней жидкости в емкости и трубке, с.

P= H· ·g,

где Н - разница уровней жидкости в емкости и трубке, м;

- плотность жидкости, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с².

Поскольку Н и, соответственно, Р не постоянны в течение интервала Т, для расчета перейдем к средним значениям:

P_ср= H_cp· ·g,

где Р_ср - средняя разница гидростатических давлений в трубке и емкости в интервале Т, Па;

Н_ср - средняя разница уровней жидкости в емкости и трубке в интервале Т, м.

Окончательная формула для расчета коэффициента фильтрации:

где Р_ср= Н_ср· ·g

Преимуществом предлагаемого способа является то, что фильтрация происходит через всю поверхность зоны фильтрации в направлении, соответствующем фильтрации в натуре, особенно для плоскопараллельного залегания пропластков. Это позволяет определять проницаемость интегрально по всей поверхности кернового материала.

Пример применения предлагаемого способа.

Экспериментальные исследования производились с целью тестирования состава, предлагаемого для водоизоляционных работ в скважинах неокомского комплекса Уренгойского нефтегазоконденсатного месторождения. Используемый в исследованиях образец керна отобран со скважины №461 Уренгойского месторождения, интервал отбора 2941-2954 м, неоком. Для тестирования использовалась неокомская пластовая вода.

Параметры образца, плотность и динамическая вязкость воды, а также полученные результаты представлены в таблице.

Начальный коэффициент фильтрации, рассчитанный по окончательной формуле - К=1,51·10^-13 м². После обработки первым объемом водоизолирующего состава коэффициент фильтрации снизился и составил 22% от начального. Далее после обработки вторым объемом водоизолирующего состава зафиксировано снижение значения коэффициента фильтрации до 9% от начального. Таким образом, были подтверждены заявленные свойства предложенного состава для ограничения водопритока в скважину.

Применение предлагаемого способа позволяет оценивать изменения фильтрационных свойств коллекторских пород призабойной зоны скважины при моделировании химических обработок, направленных на интенсификацию притока углеводородов либо изоляцию водопритока в скважину.

Таблица
, Па·c	, кг/м3	S, м 2	h, м	D, м	d, м	Нф, м	dHcp, м	dP cp, Па	Т, с	К, м2	К, % от начального
Начальный замер
1,07·10-3	1008	1,13·10 -4	0,1	0,078	0,014	0,031	0,25	2472	286	1,51·10-13	100
После фильтрации первого объема водоизолирующего состава
1,07·10-3	1008	1,13·10-4	0,1	0,078	0,014	0,031	0,25	2472	1305	3,31·10 -14	22
После фильтрации второго объема водоизолирующего состава
1,07·10-3	1008	1,13·10 -4	0,1	0,078	0,014	0,031	0,25	2472	3118	1,38·10-14	9