Спосіб визначення капілярного тиску в пористому середовищі

Винахід відноситься до галузі досліджень неоднорідного пористого середовища і може бути використаний при визначенні петрофізичних параметрів колекторів на зразках порід, розробці нафтових і газових родовищ. Відомий спосіб визначення капілярного тиску по величині тиску витіснення рідини із зразка через напівпроникну мембрану [1]. Недолік способу полягає в визначенні капілярного тиску без врахування кута змочуваності. Найбільш близьким по сукупності ознак технічним рішенням, вибраним в якості прототипу, є спосіб визначення капілярного тиску [2], який включає розміщення досліджуваного водонасиченого зразка в кернотримачі (герметичній камері), створення термобаричних умов, подачу на нижній торець зразка витісняючої фази, фіксацію часу настання прориву витісняючої фази, багаторазове повторення робочих циклів з попереднім повторним насиченням зразка водою, побудову графіка залежності де - тиск прориву, - час прориву і по перетину прямої з віссю ординат визначають значення капілярного тиску. Основні недоліки прототипу: спосіб дає змогу визначити капілярний тиск лише в порових каналах максимального розміру, який відповідає мінімальному тиску витіснення, при умові що рідина, якою насичений зразок повністю змочує перові канали, тобто, косинус кута змочуваності при повторному насиченні зразка водою після здійснення прориву витісняючої фази не ведеться контроль за донасиченням, що знижує точність визначень тиску прориву, оскільки останній суттєво залежить від ступеня насичення пор водою; спосіб не дозволяє визначати капілярний тиск для неоднорідного пористого середовища з гетерогенним характером змочуваності поверхні порових каналів, що знижує його інформативність. Завданням, на рішення якого направлений винахід, є визначення капілярного тиску в порових каналах неоднорідного пористого середовища з гетерогенним характером змочуваності, підвищення точності і інформативності способу. Поставлене завдання вирішується таким чином. Водонасичений зразок розміщують в кернотримачі, де створюють на нього термобаричні умови ідентичні пластовим. На нижній торець зразка подають витісняючу фазу під тиском і фіксують час настання прориву через зразок витісняючої фази. Подібним чином, знижуючи в кожному випадку вхідний тиск прориву і вимірюючи час прориву багаторазово повторюють робочі цикли з попереднім повторним насиченням зразка водою, будують графік залежності і по перетину цієї прямої з віссю ординат визначають капілярний тиск. Перед визначенням капілярного тиску визначають кут змочуваності порової поверхні зразка при різному водонасиченні. Для цього насичують зразок мінералізованою водою, вимірюють питомий електричний опір зразка при різних значеннях водонасичення фіксують об'єм витісненої води і параметр насичення будують графік залежності параметру насичення від водонасичення донасичують зразок тобто мінералізованою Потім водою і здійснюють контроль за завершенням насичення шляхом вимірювання питомого електричного опору зразка. Потім подають на верхній торець зразка при різних перепадах тиску витісняючу фазу (газ - азот) і на кожному режимі вимірюють перепад тиску час прориву витісняючої фази tпр, питомий електричний опір зразка, параметр насичення об'єм витісненої води. Значення водонасичення визначають об'ємним методом. Згідно з рівнянням залежності параметру насичення від водонасичення будують графік залежності перепаду тиску від водонасичення З врахуванням попередньо визначених кутів змочуваності поверхні порових каналів зразка при різних значеннях водонасичення графік залежності перебудовують в графік залежності капілярного тиску від водонасичення тобто (оскільки капілярний тиск є функцією косинусу кута змочуваності), і по цій залежності при різних значеннях водонасичення визначають капілярний тиск. На фіг.1 зображена принципова схема пристрою для реалізації пропонованого способу; на фіг.2 залежність перепаду тиску від величини оберненої часу прориву для зразків з різними фільтраційно-ємкісними властивостями. На фіг.3 показана залежність капілярного тиску від водонасичення для гідрофільного (а) і гідрофобного (б) зразків. Запропонований спосіб визначення капілярного тиску в пористому середовищі здійснюється таким чином. На зразках порід стандартних розмірів (діаметр і висота 0,03м) визначають кут змочуваності порової поверхні при різних значеннях водонасичення. Просушений при температурі 105°C зразок 1 насичують мінералізованою водою, поміщають його в кернотримач 2, схема якого зображена на фіг.1, створюють термобаричні умови по температурі і тиску ідентичні пластовим за допомогою гідро- і термокомунікацій (на фіг.1 не зображені) і вимірюють питомий електричний опір водонасиченого зразка 1 за допомогою блоку вимірювання опору порід 3. Потім на верхній торець зразка 1 подають витісняючу фазу, наприклад, газ - азот при різних перепадах тиску (від мінімального до максимального). При кожному перепаді тиску фіксують об'єм витісненої із зразка 1 води в мікробюретці 4 і його питомий електричний опір По відношенню поточних значень питомих електричних опорів витіснення до питомого водонасиченого зразка на кожному режимі електричного опору визначають параметр насичення і водонасичення об'ємним методом як відношення об'єму витісненої із зразка води до її початкового об'єму, будують графік залежності параметру насичення від водонасичення по якому здійснюють контроль за водонасиченням, визначеним об'ємним методом. Донасичують зразок водою шляхом підводу вакууму до проточного каналу 5 в нижньому штоку 6 і подачі води до проточного каналу 7 в верхньому штоку 8. В процесі донасичення вимірюють питомий електричний опір зразка 1 співставляють його з початковим питомим електричним опором при 100% насиченні пор мінералізованою водою і при їх рівності завершують процес донасичення. Ця технологічна операція, а також контроль за водонасиченням двома незалежними методами має принципово важливе значення при визначенні капілярного тиску оскільки тиск прориву витісняючої фази (газ - азот) залежить від ступеня насичення пор водою. Потім подають газ по проточному каналу 7 при перепаді тиску Після появлення витісняючої фази (газу) на виході проточного каналу 5, фіксують час прориву вимірюють питомий електричний опір зразка за допомогою блоку вимірювання опору 3, в мікробюретці 4 фіксують об'єм витісненої води. Потім донасичують зразок 1 водою згідно технологічної операції, описаної вище, задаються перепадом тиску багаторазово повторюють режими витіснення при різних перепадах тиску. На кожному режимі фіксують час прориву витісняючої фази перепад тиску водонасичення параметр насичення Для підвищення точності визначень, водонасичення визначають двома незалежними методами - об'ємним і електричним. Будують графік залежності перепаду тиску від величини оберненої часу прориву наносять водонасичення (фіг.2) на якому при різних відповідні їм значення Додатково будують графік залежності (не додається), на який наносять попередньо визначені значення кутів змочуваності при різних значеннях Оскільки капілярний тиск є функцією косинусу кута змочуваності де поверхневий натяг, - радіус порового каналу при відповідному значенні то графік залежності перебудовують в графік залежності (фіг.3) з врахуванням фактичного кута змочуваності поверхні порових каналів при конкретних значеннях водонасичення. Співставляють графіки залежності і і по залежності визначають капілярний тиск. На фіг.2, 3 і в таблиці представлені результати визначення капілярного тиску для зразків з різним характером змочуваності порової поверхні. В дослідах використовувались пористі, нетріщинуваті пісковики, які насичувались мінералізованою водою, а витісняючим агентом був азот. Як видно, величина і напрямок капілярних сил контролюються не лише фільтраційно-ємкісними властивостями порід, як у прототипі, а й змочуваністю. Для гідрофобних порід перед величиною капілярного тиску появляється знак мінус. Це означає що капілярні сили протилежні за напрямком гідродинамічним. При гідродинамічних градієнтах тиску нижчих від капілярних сил в пластах утворюються застійні зони, не охоплені фільтрацією, які впливають на повноту вилучення флюїдів. Тому достовірне визначення капілярного тиску в породах-колекторах має важливе наукове і прикладне значення для впровадження раціональних систем розробки родовищ.