Определение остаточной водонасыщенности методом центрифугирования

Определение остаточной водонасыщенности методом центрифугирования относится к косвенным лабораторным методам. Для исследования допускается использование образцов пород, отобранных из продуктивного интервала на любой стадии разработки месторождений и при использовании в бурении скважин любых промывочных растворов. Исследования ведутся на образцах цилиндрической формы, высверленных из куска керна в направлении параллельно напластованию породы, экстрагированных и высушенных в сушильном шкафу. Этот метод основан на отжатии свободной воды из образца породы. Метод центрифугирования позволяет примерно в 10-15 раз ускорить измерения по сравнению со стандартным методом капиллярных давлений.

В основе метода лежит воздействие на образец насыщенный водой центробежными силами, возникающими при кручении образца в центрифуге. Вытеснению воды из породы препятствуют капиллярные силы. Вначале, с увеличением числа оборотов ротора центрифуги жидкость вытесняется из крупных пор, за счет перепада давления на торцах образца, когда перепад превысит величину капиллярного давления, развиваемого в них менисками. При дальнейшем увеличении числа оборотов центрифуги жидкость вытесняется из пор меньшего размера. С некоторого момента повышение числа оборотов ротора практически перестаёт влиять на количество оставшейся в порах воды. Эту воду и считают остаточной.

Измеряя количество выделившейся жидкости как функцию числа оборотов ротора, можно построить зависимость "капиллярное давление - водонасыщенность". Опыт на центрифуге может воспроизводить вытеснение воды нефтью и газом. В центрифуге под давлением центробежных сил между фазами возникает давление (Р), равное капиллярному, значение которого определяется формулой (12):

Р = 4,04 R n h (ρ₁– ρ₂), (12)

где R - радиус вращения (принимается равным расстоянию от центра

оси центрифуги до середины длинны образца), м;

n - число оборотив ротора центрифуги в секунду,

h - длина образца, м;

ρ₁, ρ₂ - плотность воды, насыщающей образец и плотность вытесняющей фазы соответственно (при вытеснении воздухом можно принять ρ₂ = 0).

Необходимая аппаратура и принадлежности

Установка для насыщения образца под вакуумом, аналитические весы с разновесами, центрифуга, дистиллированная вода, лабораторный автотрансформатор ЛАТР.

Порядок работы

Исследуемый образец породы предварительно очищают от нефти, высушивают до постоянного веса, взвешивают в сухом состоянии на аналитических весах. Путём взвешивания определяют массу сухого образца с точностью до 0,001 г и насыщают его дистиллированной водой под вакуумом.

После насыщения взвешивают образец и определяют объем воды в породе. Керн помешается в пробирку, которая вставляется в стакан ротора центрифуги. В целях уравновешивания центрифуги в противоположный стакан помещается груз приблизительно равный массе керна.

Включив центрифугу с закрытой крышкой доводят число оборотов ротора до 500 в минуту и вращают образец с этой скоростью 5 минут.

Все работы с центрифугой производят согласно специальной инструкции по работе на центрифуге. Скорость центрифуги ЦЭ-3 регулируется с помощью трансформатора с переменным коэффициентом трансформации. С этой целью в этой части центрифуги устанавливается тахометр и скорость вращения сопоставляется с напряжением, получаемым с помощью ЛАТР-1.

После остановки центрифуги, извлекают исследуемый образец и путём взвешивания устанавливают массу оставшейся воды в керне и текущий коэффициент водонасыщенности.

В дальнейшем вновь помешают образец в центрифугу и повторяют вращение образца при оборотах вращения ротора 1000, 2000, 3000, 4000, 5000 в минуту и времени вращения при этой скорости 5 минут. При этом каждый раз определяют массу оставшейся воды в керне и текущий коэффициент водонасыщенности.

Текущий коэффициент водонасыщенности определяется по формуле (13):

(13)

где М₁ - масса сухого образца, г.;

М₂ - масса образца полностью насыщенного водой, г;

М_n - массы образца после каждого режима центрифугирования, г.

Таблица 13 – Результаты исследований

Вид информации	Значение
Масса сухого образца (М1), г Масса полностью насыщенного образца (М2), г

Таблица 14 – Результаты определения водонасыщенности горных пород

№ п/п	Частота вращения ротора об/мин.	Масса керна с водой, (Мn), г.	Масса оставшейся воды в керне, г.	Коэффициент водонасыщенности	Капиллярное давление, Па

а) металлический б) пластмассовый

1-крышка; 2- стакан; 3 - образец; 4- прокладка из фильтровальной бумаги;

5 – песок; 6а – чехол из проволочной сетки; 6б – кольцо из резины или пластмассы; 7 – нижняя часть стакана (съемная); 8 – пробка; 9 – дробь;

Рисунок 8 – Разрез центрифужного стакана

Все результаты исследования оформляются в виде таблицы 13.

По результатам опыта строится графическая зависимость "капиллярное давление - коэффициент текущей водонасыщенности" (рисунок 9). По этому графику устанавливают коэффициент остаточной водонасыщенности и он равен такому значению, когда при увеличении капиллярного давления величина коэффициента водонасыщенности остаётся постоянной.

Водонасыщенность

Рисунок 9 - Графическая зависимость

Вопросы для самопроверки

1. Что такое остаточная водонасыщенность?

2. Что такое коэффициент нефтенасыщенности?

3. Какие требования предъявляются к керновому материалу при определении нефте- и водонасыщенности горной породы прямыми методами?

4. Какие соотношения существуют между коэффициентами нефтенасыщенности и остаточной водонасыщенности в сформировавшейся залежи нефти?

5. Какие соотношения существуют между коэффициентами нефтенасыщенности и остаточной водонасыщенности в молодой, не закончившей формирование залежи нефти?

6. Какие соотношения существуют между коэффициентами нефтенасыщенности и остаточной водонасыщенности в переходной зоне нефтяной залежи?

7. Что такое текущий коэффициент нефтенасыщенности?

8. Какой из коэффициентов нефтенасыщенности больше: начальный или текущий?