способ определения водонасыщенности керна

Формула изобретения

Способ определения водонасыщенности керна, включающий приготовление образца из керна, моделирование пластовых условий в образце керна, совместную фильтрацию минерализованной воды и нефти через образец керна и измерения в процессе фильтрации промежуточной интенсивности рентгеновского излучения, прошедшего через образец, измерение интенсивности рентгеновского излучения при 100%-ной насыщенности водой и установление по математическим формулам водонасыщенности, отличающийся тем, что измеряют интенсивность рентгеновского излучения, прошедшего через сухой образец, в процессе совместной фильтрации определяют водонасыщенность при 0-ом поглощении рентгеновского излучения нефтью по формуле

где U_сух - интенсивность рентгеновского излучения при просвечивании сухого образца керна;

U _вод - интенсивность рентгеновского излучения при просвечивании образца, насыщенного на 100% минерализованной водой;

U - интенсивность рентгеновского излучения при просвечивании образца с промежуточной водо-, нефтенасыщенностью (от 0-100%);

затем, обезвоживая образец при температуре 110-160°С, определяют его водонасыщенность S_в и строят зависимость водонасыщенности от водонасыщенности при 0-ом поглощении рентгеновского излучения нефтью S_в ^XR ,

аппроксимируют эти результаты на графике зависимости S_в (S_в ^XR) линейной функцией

где - отношение массовых коэффициентов поглощения рентгеновского излучения в нефти и минерализованной воде;

- коэффициент, характеризующий изменение водонасыщенности образца с температурой;

и определяют водонасыщенность в образце керна по формуле (2).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтехимической промышленности и может быть использовано в промысловых и научно-исследовательских лабораториях для разработки технологий увеличения нефтеотдачи пластов и при подсчете запасов нефти, оперативном контроле за разработкой нефтяных месторождений.

Известен метод выпаривания для определения водонасыщенности керна, включающий выпаривание воды из образца в герметичной камере с холодильником. Пары воды конденсируются в холодильнике, конденсированная вода собирается в мерную бюретку (Е.А.Поляков. "Методика изучения физических свойств коллекторов нефти и газа". Москва, "Недра", 1981, стр.116). Данный метод не позволяет проводить параллельное измерение водонасыщенности и фазовых проницаемостей при фильтрации воды и нефти.

Известен способ определения нефте- и водонасыщенности образцов горных пород, включающий последовательное измерение веса нефтенасыщенного образца, помещение образца в дейтерированную воду, измерение амплитуды сигнала ЯМР от образца с дейтерированной водой, помещение образца в дистиллированную воду, измерение веса и амплитуды сигнала от образца с дистиллированной водой, высушивание образца при температуре испарения воды из образца до достижения величины отношения текущей амплитуды сигнала к амплитуде сигнала от образца с дейтерированной водой, равной (0,7-0,8) ед., насыщение образца керосином, измерение амплитуды сигнала от образца с керосином, а количество нефти и воды в образце определяют по соответствующим формулам (патент РФ №2175764, G01N 24/08, публ. 2001). Способ трудоемкий и требует дорогостоящего оборудования.

Известен способ определения водонасыщенности керна, включающий подготовку рабочей жидкости и образца к испытаниям, экстракцию и высушивание образца, создание рабочего давления и температуры, соответствующих пластовым, измерение электрического сопротивления образцов керна (ОСТ 39-235-89 «Метод определения фазовых проницаемостей в лабораторных условиях при совместной стационарной фильтрации»). Определение водонасыщенности проводят при фильтрации минерализованной воды и нефти в различных соотношениях в условиях, максимально приближенных к пластовым, с использованием пластовых и модельных жидкостей. Недостатком способа является влияние прижима электрического контакта к поверхности керна на величину измеряемого сигнала.

Известен способ определения водонасыщенности с помощью полихроматической рентгеновской системы с контролем насыщенности пород коллектора жидкостями по поглощению рентгеновского излучения (Кузнецов A.M. Научно-методические основы и исследования влияния свойств пород-коллекторов на эффективность извлечения углеводородов из недр. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук, М., 1998), взятый за прототип. Данные об интенсивности рентгеновского излучения собирают при движении рентгеновской трубки, коллиматора и детектора как единиц ячейки вдоль горизонтальной оси исследуемого образца от входного сечения к выходному. Моделируют пластовые условия. Водонасыщенность пород коллектора керна рассчитывают на основе закона Ламберта, используя линейность полулогарифмической зависимости рентгеновского излучения, измеренного при 100% насыщенности образца меченой жидкости и 100% насыщенности не меченой жидкостью по математической формуле, для чего измеряют промежуточную (текущую) интенсивность рентгеновского излучения, прошедшего через образец; интенсивность рентгеновского излучения при 100%-ной насыщенности нефтью; интенсивность рентгеновского излучения при 100%-ной насыщенности водой. При этом меченой может быть как водяная фаза (в качестве метки используют иодид натрия), так и нефтяная (метка-раствор йодооктана). Недостатком данного способа является недостаточно высокая точность, так как не учитываются изменения количества нефти в образце в процессе эксперимента, что увеличивает ошибку измерения по водонасыщенности. Данный способ длительный, требующий временных затрат на проведение процедуры насыщения образца нефтью на 100%.

Поставлена задача: разработать экспрессный и информативный способ для определения водо- и нефтенасыщенности пород керна при сохранении требований ОСТов по определению фазовых проницаемостей.

Технический результат способа заключается в увеличении надежности и точности измерения водонасыщенности пород керна.

Технический результат достигается тем, что в известном способе определения водонасыщенности керна, включающем приготовление образца керна, моделирование пластовых условий в образце керна, совместную фильтрацию минерализованной воды и нефти через образец керна и измерение в процессе фильтрации промежуточной интенсивности рентгеновского излучения, прошедшего через образец, измерение интенсивности рентгеновского излучения при 100%-ной насыщенности водой и установление по математическим формулам водонасыщенности, новым является то, что измеряют интенсивность рентгеновского излучения, прошедшего через сухой образец, в процессе совместной фильтрации определяют водонасыщенность при 0-ом поглощении рентгеновского излучения нефтью по формуле:

где U_сух - интенсивность рентгеновского излучения при просвечивании сухого образца керна;

U _вод - интенсивность рентгеновского излучения при просвечивании образца, насыщенного на 100% минерализованной водой;

U - интенсивность рентгеновского излучения при просвечивании образца с промежуточной водонефтенасыщенностью (от 0-100%);

затем, обезвоживая образец при температуре 110-160°С, определяют его водонасыщенность S_в и строят зависимость водонасыщенности от водонасыщенности при 0-ом поглощении рентгеновского излучения нефтью S_в ^XR , аппроксимируют эти результаты на графике зависимости S _в (S_в ^XR) линейной функцией:

где - отношение массовых коэффициентов поглощения рентгеновского излучения в нефти и минерализованной воде;

- коэффициент, характеризующий изменение водонасыщенности образца с температурой;

и определяют водонасыщенность в образце керна по формуле (2).

U_сух соответствует поглощению рентгеновского излучения породой, из которой состоит керн. U_вод изменяется для каждого образца, поскольку она зависит от объема порового пространства и от величины поглощения в сухом керне. Водонасыщенность S _в линейно зависит от измеряемой величины S _в ^XR. По измеренному параметру S _в ^XR и по коэффициентам и определяют водонасыщенность керна. Коэффициенты являются общими для любого типа образцов, поэтому найденная при аппроксимации линейная зависимость является калибровочной кривой, позволяющей в других экспериментах по параметру S_в ^XR определять водонасыщенность рентгеновским методом.

Обезвоживание образца при 110-160°С необходимо для определения водонасыщенности образца и построения зависимости полученной водонасыщенности от параметра S_в ^XR, измеренного с помощью рентгеновского излучения.

Аппроксимация экспериментальных данных S _в (S_в ^XR) линейной зависимости необходима для определения коэффициентов уравнения (2) и подсчета водонасыщенности.

Измерение интенсивности рентгеновского излучения при сканировании сухого, насыщенного на 100% минерализованной водой керна позволяет исключить влияние порового объема образца и поглощения сухой породы на величину водонасыщенности.

Использован рентгеновский аппарат со стабилизированным напряжением на аноде с постоянной экспозицией. Ток рентгеновской трубки и выдержка детектора подобраны таким образом, чтобы отношение сигнал/шум было максимальным. Напряжение на рентгеновской трубке для всех измерений устанавливают одинаковым. Это необходимо для того, чтобы спектр излучения не изменялся. В качестве детектора рентгеновского излучения использован редкоземельный люминесцентный экран на основе оксисульфида гадолиния Gd ₂O₂S, легированного тербием, на темной, поглощающей рассеянное излучение подложке и полупроводниковую матрицу. Интенсивность переизлучения данного экрана и чувствительность полупроводниковой матрицы максимальны в зеленой области спектра. Также можно использовать в качестве детектора кристалл CsI(Tb) с фотоэлементом.

Поглотитель добавляется для увеличения контрастности изображения и, как следствие, для увеличения точности определения водонасыщенности. В качестве поглотителя можно использовать йодсодержащие соли KI или NaI. Для полного насыщения минерализованной водой через образцы фильтруется 2-3 поровых объема жидкости.

Для осуществления заявляемого способа нами были использованы нефтеводонасыщенные образцы пород керна из скважин различных месторождений Западной Сибири. Для анализа были взяты 10 нефтеводонасыщенных образцов реальных пород из трех скважин нефтеносной части пласта. При построении калибровочной зависимости статистическая погрешность должна быть меньше систематической, для этого количество независимых измерений должно быть не менее 10.

Пример проведения эксперимента по определению коэффициентов фазовой проницаемости с использованием предложенного рентгеновского метода для определения водонасыщенности.

Экспериментальные исследования проводили с образцом Болтного месторождения с проницаемостью 42,5 мкм² ·10^-3 и поровым объемом 3,63 см ³.

Для эксперимента выбирают образцы без сколов и трещин. В качестве рабочих жидкостей используют воду с добавлением соли NaI в количестве 150 г/л и пластовую фильтрованную нефть.

Перед проведением эксперимента по определению фазовых проницаемостей для образца керна определяют проницаемость по газу на капилляриметре, а также объем пор. Образец экстрагируют и высушивают в термошкафу при температуре 105°С до постоянной массы. Образец помещают в витоновую манжету внутри рентгенопрозрачного кернодержателя. В пространство между стенкой кернодержателя и манжетой подают минеральное масло, создающее давление обжима образца, на 3-5 МПа превышающее пластовое давление. Проводят прогрев рентгеновской трубки и сканирование образца - кернодержатель с образцом просвечивают коллимированным пучком рентгеновского излучения, с помощью детектора измеряют интенсивность прошедшего излучения, каретку с рентгеновским аппаратом и детектором смещают вдоль образца с шагом 0,8 мм, на каждом шаге проводят измерение интенсивности излучения. Проводят усреднение сигнала детектора. Усреднение сигнала проводят для того, чтобы получить среднюю по образцу водонасыщенность. Средняя водонасыщенность является истинной для образца. Напряжение на рентгеновской трубке - 75 кВ, ток - 210 мкА. При сканировании ток трубки подбирают таким образом, чтобы сигнал с детектора был не менее 4/5 от верхней границы измерения детектора, выбранное значение тока не меняется в течение всего эксперимента.

Усредненный сигнал детектора при сканировании сухого образца U_сух - 4,882 В.

Образец вакуумируют в течение 3 часов, затем, не останавливая вакуумирования, на вход кернодержателя с помощью плунжерного насоса подают минерализованную NaI воду, объемная скорость подачи жидкости не более 0,1 мл/мин. При появлении жидкости на выходе кернодержатель перекрывают, давление в образце поднимается до пластового значения. Фильтруется минерализованная вода в количестве 3 поровых объемов, систему выдерживают в таком режиме 10-12 часов. Проводят сканирование рентгеновским излучением насыщенного на 100% минерализованной водой образца. Сигнал с детектора усредняют. Для образца, насыщенного на 100%, усредненный сигнал U_вод - 2,975 В. При пластовом давлении фильтруют через образец чистую углеводородную жидкость (масло) до прекращения вытеснения воды, но не менее 10 объемов пор, затем фильтруют керосин в количестве 5 объемов пор, кернодержатель прогревают до пластовой температуры T=80°С. Фильтруют нефть в количестве 3 поровых объемов. Проводят сканирование образца с начальной водонасыщенностью, усредненный сигнал U - 3,906 В. Проводят совместную фильтрацию минерализованной воды и нефти в соотношениях 1:99, 2:98, 5:95, 25:75, 50:50, 75:25 и 100% воды. При каждом соотношении проводят сканирование образца, измеряют среднее значение сигнала детектора U - 3,879; 3,657; 3,461; 3,328; 3,288; 3,25 и 3,056 В соответственно. Определяют водонасыщенность для каждого режима фильтрации, для этого вычисляют значение S_в ^XR:

Найденное значение S_в ^XR подставляют в линейную зависимость, полученную аппроксимацией предыдущих экспериментальных данных:

S_в =1,1679·S_в ^XR -0,24305. Значения водонасыщенностей: 29,97%; 43,81%;

56,81%; 66,07%; 68,94%; 71,72%; 86,15%.

Образец извлекают из кернодержателя и помещают в камеру экстрактора. При температуре 150°С в течение 6 часов из образца выпаривают воду - 2,95 мл. С учетом поправки на объем соли - 6%, количество воды в образце - 3,127 мл, а водонасыщенность, определенная методом выпаривания: 3,127/3,63=0,8614. На график зависимости водонасыщенности, полученной методом выпаривания от S_в ^XR, наносят экспериментальное значение (S_в; S _в ^XR)=(0,8614; 0,9458).

На чертеже представлена зависимость водонасыщенности от параметра S_в ^XR, аппроксимированная линейной функцией.

В таблице приведены результаты определения водонасыщенности образцов, определенные различными способами. Метод выпаривания выбран в качестве опорного метода для сравнения с другими. Значения водонасыщенностей по прототипу существенно отличаются от значений, определенных методом выпаривания. Результаты определения водонасыщенности заявленным способом наименьшие. Как видно из результатов, приведенных в таблице, величина погрешности составляет 4%. Погрешность при определении водонасыщенности связана с неточным определением конечной водонасыщенности методом выпаривания, с неоднородностью распределения воды по объему образца. Ошибка в измерениях возникает также при флуктуации напряжения на рентгеновской трубке и при оцифровке сигнала детектора (квантовые шумы). Суммарная ошибка измерения оценивалась по среднеквадратичному разбросу экспериментальных данных относительно аппроксимирующей линии. В интервале водонасыщенностей 25-80% величина относительной погрешности составила около 4%.

Таким образом, использование заявляемого способа обеспечивает достаточно высокую точность лабораторных анализов, которая, в частности, удовлетворяет требованиям ОСТов по оценке фазовых проницаемостей воды и нефти.

Таблица
Водонасыщенности образцов, определенные различными способами.
Метод выпаривания	Прототип	Заявленный способ
30,55	44,766	28,35
66,82	76,81	65,18
66,54	78,019	66,57
65,85	78,08	66,64
66,4	78,11	66,67
66,96	78,8	67,47
65,65	78,91	67,59
71,22	79,83	68,65
67,3	80,046	68,9
69,38	80,66	69,6
73,02	80,82	69,79
69,06	81,26	70,29
68,14	82,027	71,17
74,82	82,695	71,94
79,54	84,706	74,25
75,88	84,93	74,51
72,16	85,82	75,53
74,69	85,95	75,69
78,31	86,51	76,33
81,71	92,06	82,71