ФИЗИКА ПЛАСТА физические свойства пород-коллекторов Петрофизика

ФИЗИКА ПЛАСТА физические свойства пород-коллекторов

Петрофизика – физика горных пород Петрофизика (от греч. πετρος – «камень» ) – это прикладной раздел наук о Земле, изучающий различные физические свойства горных пород, их взаимосвязи между собой и с физическими полями Земли, а также взаимодействия пород с насыщающими их флюидами.

Что изучается в данном курсе? • Пористость коллекторов, методы ее измерения • Закон Дарси. Физические величины, входящие в этот закон, их размерности. Методы измерения абсолютной проницаемости • Сжимаемость горных пород, методы ее измерения • Смачиваемость и капиллярное давление, методы их измерения • Насыщенность пород пластовыми флюидами, методы ее измерения. Зависимость между насыщенностью флюидами и капиллярным давлением • Эффективные (фазовые) и относительные проницаемости. Типичный вид зависимости относительных проницаемостей от насыщенности флюидом. Методы измерения.

Пористостость - это наличие в породе пор и пустот Матрица породы Пространство пор

Классификация пор по происхождению Поры Первичные Межзерновые Вторичные Трещины Каверны Межзерновые

Классификация пор по размерам Поры Сверхкапиллярные > 0, 5 мм Пластовые флюиды подвижны Капиллярные 0, 5 – 0, 0002 мм Движение пластовых флюидов затруднено Субкапиллярные < 0, 0002 мм Движению флюидов невозможно. Действуют межмолекулярные силы

Измерение пористости Vобр Vпор Vобр – объем образца Vпор – объем пор Лабораторные методы: • Метод Преображенского

Измерение пористости Vобр Vпор Vзерен Лабораторные методы: • Метод Мельчера • Объемный (порозиметрический) метод

Измерение пористости Лабораторные методы: • Геометрический метод

Сжимаемость горных пород Пористость снижается в процессе сжатия пород. Различают следующие механизмы сжатия: Вращение и плотная упаковка Плоские Гранулы (глины) Деформация эластичных гранул Ломка хрупких гранул «Округлые» гранулы (кварц) Эластичное зерно (глина) Диффузия на контактах зерен

Основное уравнение сжимаемости C – коэффициент сжимаемости, Па-1 V – объем породы, м 3 p – прилагаемое давление, Па В результате интегрирования получим: V 1, V 2 – объем породы до и после сжатия, м 3 p 1, p 2 – прилагаемое давление, Па

Измерение сжимаемости 1) 2) Внешнее давление 100% насыщение водой Измерение объема вытесненной жидкости

Проницаемость Это способность коллекторов пропускать через себя флюиды Проницаемость - динамическая характеристика коллектора Пористость – статическая характеристика

Источники проницаемости • • Анализ керна Гидродинамические исследования скважин Промысловые данные Геофизические исследования скважин. Используется анализ керна

q = KA (h 1 – h 2) / L WATER Эксперимент Дарси A q h 1 -h 2 где K – константа пропорциональности A K=k/μ k – проницаемость коллектора μ – вязкость жидкости L P = ρ∙g∙h q h 1 h 2

Размерность проницаемости q – объемный расход; [q] = м 3 / с μ – вязкость жидкости; [μ] = Па∙с ∆p – перепад давления; [∆p] = Па L – длина образца пористой среды; [L] = м A – площадь поперечного сечения образца; [A] = м 2 В системе СИ [k] = м 2. Внесистемные единица – Дарси (1 Д) Часто используют производную единицу – мкм 2

Измерение проницаемости по газу Керндержатель Q Расходомер Газ Датчики давления Образец керна P 1 P 2 ∆P = P 1 – P 2 Компрессор

Насыщенность • Свойства пород-коллекторов, которые рассматривались ранее, касались случая когда в породе находился только один флюид • Насыщенность – доля порового пространства, занимаемого конкретным флюидом – Sв + Sн + Sг = 1, где S – насыщенность – Sв = Vв / Vпор, Sн = Vн / Vпор, Sг = Vг / Vпор

Начальная насыщенность пласта • Коллектор изначально насыщен водой (Sв = 1) • Углеводороды мигрируют в ловушки из-за более низкой плотности • Углеводороды (нефть и/или газ) распределяются под воздействием капиллярных и гравитационных сил • Однако, вода в пленочном состоянии все же остается в зоне, куда распределяются углеводороды

Методы измерения насыщенности Ретортный способ Нагревательный элемент Образец керна 500 -600 С Подача воды Отвод воды Холодильник Градуированный цилиндр

Ретортный способ • «+» – Быстрота измерения – Прямые измерения как водо- так и нефтенасыщенности – Приемлемая точность • «-» – Высокие температуры • Уничтожают образец • Вода кристализованная в глинах может испаряться. Необходимы методы учета кристализованной воды • Коксование нефти

Аппарат Закса Холодильник Градуированная трубка Стекляный стаканчик с образцом керна Растворитель Электронагреватель

Аппарат Закса • «+» – Точное измерение водонасыщенности – Образец остается целым • «-» – Медленный (до нескольких дней) – Объем нефти определяется косвенно

Поверхностное натяжение • Это энергия, приходящаяся на единицу площади на границе между фазами • Измеряется в м. Н / м или дин / см

Поверхностное фаз несбалансированны натяжение • Силы на границах Газ • Силы когезии противостоят силам адгезии Жидкость Газ Твердое тело Сила когезии Сила адгезии Граница раздела молекул Жидкость Твердое тело

Смачиваемость • Это способность одного флюида распространяться по поверхности твердого тела в присутствии другого флюида. Флюиды несмешивающиеся • Смачиваемость характеризует взаимодействие между флюидами и твердым телом – Породы (песчаник, известняк, доломит и др. ) – твердые тела – Нефть, вода и/или газ - флюиды

Породы Гидрофильные Вода < 90 > 90 Свободная вода Порода Зерно породы Порода Нефть Зерно породы Пленка нефти Пленочная вода Вода Гидрофобные Нефть

Методы измерения смачиваемости • Метод измерения контактного угла • Метод Аммота • Метод USBM (Бюро полезных ископаемых США) • Метод Тульбовича

Капиллярное давление h Воздух Вода • Представим поровое пространство в виде пучка капилляров • Вода поднимается по капилляру, опущенному в сосуд с водой также как и вода заполняет маленькие поры, оставляя большие поры для нефти

Капиллярное давление • Существует разность давлений на границе раздела двух несмешивающихся фаз в капиллярах • Оно рассчитывается как: Pк = pн – pв, где Pк – капиллярное давление pн – давление в нефтяной фазе pв – давление в водной фазе • Капиллярное давление изменяется с изменением насыщенности флюидами

Зависимость «Капиллярное давление – водонасыщенность»

Для чего нужна информация о капиллярном давление? • Определение начальной насыщенности пласта • Расчет объемов подвижной нефти при использовании воды в качестве вытесняющего агента • Входные данные для программ по гидродинамическому моделированию разработки месторождений

Абсолютная проницаемость • Абсолютная проницаемость: это проницаемость порового пространства насыщенного одним флюидом • Абсолютная проницаемость может быть рассчитана при помощи следующего уравнения:

Многофазное течение в пластах В общем пласты содержат 2 или 3 флюида • Система «вода-нефть» • Система «нефть-газ» • Система «вода-газ» • Трехфазная систем (вода, нефть и газ) Для расчетов многофазных систем введено понятие эффективной (фазовой) и относительной проницаемости

Фазовая проницаемость: мера проводимости коллектора для данного флюида в присутствии других флюидов. • Коллектор должен иметь величину измерения проводимости для каждой из присутствующих фаз • Это фазовая проницаемость: (kн, kг, kв)

Фазовая проницаемость • Нефть qn – объемный расход фазы, n = н, в, г A – площадь поперечного сечения • Вода Pn – перепад давление в фазе n n – вязкость флюида фазы n L – длина пористой среды • Газ

Относительная проницаемость это отношение эффективной проницаемости по флюиду при данной насыщенности к некоторой базовой проницаемости • В качестве базовой можно взять следующие величины проницаемости: – абсолютную проницаемость по одной из жидкостей, kж – абсолютную проницаемость по газу, kг – другие виды проницаемостей

1. 00 0. 80 0. 60 0. 40 0. 20 0 0 Неснижаемая водонасыщенность Sвн kнотн при Sвн Область двухфазного течения Нефть • Базовая проницаемость – kнотн при Sвн • При увеличении водонасыщенности, относительная проницаемость по нефти снижается, а поводе – увеличивается, пока не достигнет остаточной нефтенасыщенности Остаточная нефтенасыщенность Относительная проницаемость Типичный вид кривых относительной проницаемости Вода 0. 20 0. 40 0. 60 0. 80 Водонасыщенность 1. 00

Применение данных об относительной проницаемости • Гидродинамическое моделирование • Расчеты многофазного движения флюидов в пластах-коллекторах • Оценка остаточной нефтенасыщенности

Стационарный метод • одновременная закачка нефти и воды при постоянных расходах до установления стационарного режима – объем вытесненных флюидов равен объему закачанных флюидов – перепад давления на образце постоянные • определение насыщенности образца – обычно замером сопротивления или взвешиванием – насыщенность – не то же самое, что отношение расходов, при которых закачиваются нефть и вода • повтор процедуры при измененном соотношении закачки нефти и воды

Печь Метод вытеснения Кернодержатель НЕФТЬ ВОДА Дифференциальный манометр Насос Сепаратор - Открытый клапан - Закрытый клапан