Файл: Методические указания к практическим работам для студентов направления 21. 03. 01.docx

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Санкт-Петербургский горный университет»

Кафедра бурения скважин


Физика пласта
Методические указания к практическим работам

для студентов направления 21.03.01

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2022

УДК 622.24 (073)

ФИЗИКА ПЛАСТА Методические указания к практическим работам / Санкт-Петербургский горный университет. Сост.: И.С. Фиалковский, И.А. Страупник. СПб, 2022. – 43 с.
Методические указания «Физика пласта» содержат разделы, в которых рассмотрены темы практических занятий по определению параметров физических свойств пород-коллекторов. Каждый из разделов содержит краткую теоретическую часть и задачи для самостоятельного решения.

Предназначены для студентов направления 21.03.01 «Нефтегазовое дело».

Табл. 10. Ил. 14. Библиогр.: 7 назв.
Научный редактор проф. М.В. Двойников

 Санкт-Петербургский

горный университет, 2022 г.

ВВЕДЕНИЕ

Физика пласта — наука, изучающая физические свойства пород нефтяных и газовых коллекторов; свойства пластовых жидкостей, газов и газоконденсатных смесей; методы их анализа, а также физические основы увеличения нефте- и газоотдачи пластов. Основные понятия курса «Физика пласта» базируются на изучении таких предметов, как «Физика», «Физическая и коллоидная химия», «Нефтегазопромысловая геология и гидрогеология», «Механика горных пород», «Физико–химические процессы массопереноса в пористых средах» и т.д. Основные задачи, которые решаются в курсе «Физика пласта» - это изучение фильтрационно-емкостных свойств пород-коллекторов, особенности и закономерности движения в них пластовых жидкостей, взаимодействие их между собой и поровой поверхностью коллекторов в различных горно-геологических и термобарических условиях.

---

Бурение скважин на нефть и газ подразумевает хорошее знание геологического строения залежи, понимание ее физических характеристик (пористость, проницаемость, насыщенность и др.), и физико-химических свойств флюидов (нефти, газа и воды), насыщающих породы.

Основной целью выполнения практических занятий является изучение основных физических свойств коллекторов нефти и газа, обучение студентов методам расчета основных свойств коллекторов и насыщающих их флюидов.

ПОРОДЫ-КОЛЛЕКТОРЫ НЕФТИ И ГАЗА

Горные породы подразделяют на три большие группы: магматические (изверженные), осадочные и метаморфические.

1. Магматические. Эта группа делится на два вида: эффузивные и интрузивные. Эффузивные породы (излившиеся, изверженные) образуются при изливании магмы на земную поверхность или океаническое дно. К этой группе относятся базальты, диабазы, порфириты и др. Интрузивные или глубинные породы образуются при медленном остывании магмы и под большим давлением в глубинах земной коры и мантии. К этой группе относятся граниты, лабрадориты, габбро.

2. Осадочные. Образуются в результате переотложения продуктов выветривания и разрушения различных горных пород, химического и механического выпадения осадка из воды, жизнедеятельности организмов или всех трех процессов одновременно. К этой группе относятся известняки, песчаники, доломиты и др.

3. Метаморфические. Образованы путем преобразования магматических, осадочных и самих метаморфических горных пород под воздействием высокой температуры, давления и различных химических процессов. К этой группе относятся мраморы, кварциты, сланцы и др.

Горные породы, обладающие способностью вмещать нефть, газ или воду и отдавать их при разработке, называются коллекторами. Подавляющее большинство залежей углеводородов приурочено к группе осадочных коллекторов. По литологическому составу коллекторами нефти и газа являются: терригенные, карбонатные, вулканогенно-осадочные и кремнистые горные породы. Большую часть коллекторов относят либо к терригенному, либо к карбонатному виду.

Терригенные коллекторы - это, в основном, песчаники, состоящие из зерен кварца, полевого шпата, слюды и других минералов (более 100 наименований).

---

Карбонатные коллекторы – это, в основном известняки и доломиты.

Накопление нефти, воды и газа происходит в пустотном пространстве коллекторов, которое может быть представлено порами (межзерновое пространство), трещинами и кавернами. В зависимости от строения и происхождения пород-коллекторов у одних преобладает пористость (в основном терригенные коллекторы), у других трещиноватость (карбонатные отложения, сланцы), также встречаются коллекторы смешанного типа.

Пористость

Пористость – это емкостной параметр горной породы, характеризующий её способность вмещать флюиды. Все горные породы являются пористыми системами. Минеральные компоненты, слагающие грунты, при неплотном прилегании друг к другу образуют промежутки различной величины, которые называются порами.

Пористость подразделяют на первичную и вторичную.

Пористость принято подразделять на полную (общую), открытую и эффективную или динамическую.

Общая пористость (абсолютная, полная или физическая) – это совокупность всех пор в образце. Включает связанные (сообщающиеся) между собой и закрытые (изолированные) поры.

Открытая пористость (пористость насыщения) – это совокупность сообщающихся между собой пор.

Динамическая пористость – это совокупность тех поровых каналов, которые могут участвовать в фильтрации. Зависит так же, как и проницаемость, от степени открытости поровых каналов, от формы и размера частичек и сложности путей каналов течения. Различие между величиной открытой и динамической пористостью количественно учитывается так называемым структурным коэффициентом, определяемым объемом тупиковых пор и каналов, в которых нефть может находиться, но не принимать участия в фильтрационном потоке. Открытая пористость всегда больше динамической.

Количественно пористость выражают в % или долях единицы и определяют через коэффициент пористости. Для полной пористости он выражается по формуле:



Коэффициент открытой пористости рассчитывают по формуле:

---

Таким образом, для определения пористости достаточно знать объемы пор и образца, объемы зерен и образца или плотности образца и зерен.

Объем образца можно определить следующими способами:

1. Метод парафинизации. Предварительно взвешенный образец покрывают тонкой пленкой расплавленного парафина за 1-2 секунды, чтобы парафин не проник в поры и сразу застыл. Затем взвешивают образец с оболочкой и определяют его объем погружением в жидкость и вычитают объем оболочки, учитывая удельный вес (или плотность) парафина. Достоинством метода является возможность его использования для определения объема образцов рыхлых пород, а также образцов неправильной формы.

2. Метод вытеснения. При использовании этого метода образец погружают в жидкость, не проникающую в его поры (чаще всего используют ртуть) и таким образом определяют объем образца. Недостатком метода является то, что способ применим только к сильно сцементированным кернам (иначе при погружении в ртуть часть зерен может отпасть), а также невозможность учета прилипших к поверхности образца пузырьков воздуха из-за непрозрачности ртути. Вместе с тем, ртуть токсична.

3. Геометрический метод. Измерение геометрических размеров образцов проводят лишь для специально выточенных кернов идеальной формы без сколов зерен.

4. Метод Преображенского. Наиболее часто используемый метод, заключающийся в насыщении образца жидкостью (как правило используют керосин) и определения его объема погружением в ту же жидкость.

По методу Преображенского в результате эксперимента мы получаем три значения, зафиксированные на весах: вес сухого образца (Р₁), вес образца, насыщенного керосином в керосине (Р₂) и вес образца, насыщенного керосином на воздухе (Р₃).

Объем открытых пор в данном случае, численно равен объему проникшей в поры жидкости (керосин) и может быть найден:



ρ_кер – плотность керосина, кг/м³

Объем образца находят по формуле:



Исходя из формул (3) и (4), коэффициент открытой пористости по методу Преображенского может быть найден как:

---

Задача 1. Обработать результаты, полученные по итогам эксперимента по методу Преображенского и найти коэффициент открытой пористости

Таблица 1

Исходные данные к задаче 1

№	Вес сухого образца на воздухе, г	Вес в керосине образца насыщенного керосином, г	Вес сухого образца на воздухе с керосином, г
1	24,6	22,2	26,6
2	23,7	21,8	24,9
3	27,2	24,4	28,8
4	26,5	22,5	28,4

продолжение таблицы 1

№	Вес сухого образца на воздухе, г	Вес в керосине образца насыщенного керосином, г	Вес сухого образца на воздухе с керосином, г
5	29,5	25,7	32,1
6	24,3	22,1	26,4
7	27,6	25,8	29,3
8	26,7	23,4	28,4
9	30,2	27,5	32,8
10	29,5	26,7	31,3
11	32,5	29,3	34,6
12	27,3	24,1	29,3
13	28,1	25,8	30,2
14	29	27,1	32,1
15	27,5	25,4	29,3
16	28,2	26,5	30,1
17	26,4	24	28,4
18	27,3	22,6	29,5
19	25,5	20,1	28,4
20	27,9	22,3	30,1
21	28,6	23,4	31,5
22	29,5	24,7	32,1
23	26,3	21,5	29,1
24	27,6	22,6	30,7
25	28,5	24,3	30,2
26	27	22,8	29,2
27	27,7	21,4	29,9
28	25,9	21,1	29,5
29	26,8	23,6	28,9
30	25	19	28

---