СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НИЗКОПРОНИЦАЕМОГО КЕРНА

Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к способам определения проницаемости горных пород в лабораторных условиях, и предназначено для лабораторного определения коэффициента абсолютной газопроницаемости при стационарной фильтрации на образцах керна ультранизкопроницаемых горных пород.

Известна методика для определения пористости и проницаемости образцов горных пород [RU 2342646 С2, МПК G01N 3/00, опубл. 27.12.2008]. Техническим результатом данного изобретения является упрощение конструкции кернодержателя, пневмокамеры, системы управления ее объемом. Изобретение обеспечивает определение пористости и проницаемости образцов горных пород в условиях, близких к атмосферным и при давлениях, близких к пластовым.

Недостатком является невозможность измерения проницаемости ультранизкопроницаемых горных пород в диапазоне ниже 10^-6 мкм².

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности является способ лабораторного определения коэффициента абсолютной газопроницаемости при стационарной фильтрации на образцах керна ультранизкопроницаемых горных пород с помощью пермеаметра фирмы «Core Lab Instruments» NANOK-100 (Цифровой нанопермеаметр NANOK-100. Руководство по эксплуатации).

Цифровой нанопермеаметр NANOK-100 является современным прибором для измерения ультранизкой газопроницаемости образцов горных пород в диапазоне от 10^-18 мкм² до 10^-6 мкм² методом стационарного потока газа. В NANOK-100 испытывают одновременно два образца в двух кернодержателях гидростатического типа. Для измерения расхода газа (азот, метан) до 6.7⋅10^-10 см³/с используют запатентованный высокоточный расходомер NANOQ™. Для испытания применяются образцы диаметром 2.54 см (1 дюйм) и длиной от 1,3 см до 1.6 см.

Показания датчиков давления и расхода в процессе измерения отображаются на экране компьютера, определяют момент наступления стабилизации потока, производят расчет проницаемости. Прибор предъявляет повышенные требования к отсутствию сквозняков в помещении, где производят измерения.

Кернодержатели гидростатического типа обеспечивают давление обжима образцов до 68.9 МПа (10000 psi), в качестве жидкости гидрообжима используют гидравлическое масло. Кернодержатели расположены горизонтально и при выполнении операций загрузки образца в кернодержатель и выгрузки из него после проведения измерений, велика вероятность попадания жидкости гидрообжима на образец [Ю.М. Тонконогов, П.Б. мулер. «Инновационные методы петрофизических исследований низкопроницаемых горных пород». Нефтегазовая вертикаль №9 2013 г.].

Недостатком известного способа является использование в качестве жидкости гидрообжима гидравлического масла, при попадании которого на образец последний необходимо проэкстрагировать в горячем растворителе, чтобы использовать его для дальнейших исследований.

Из ультранизкопроницаемых пород с проницаемостью ниже 0,001 мД наибольший интерес представляют сланцы - породы, характеризующиеся высокой вероятностью образования техногенных трещин и микротрещин на всех стадиях работы с керном от выбуривания на скважине до изготовления образцов, их экстракции и сушки. Вследствие этого каждый изготовленный из такой породы образец представляет большую ценность для лабораторных исследований и необходимо исключить необходимость подвергать его повторной экстракции после попадания масла из гидрообжима.

Задачей, на решение которой направлен заявляемый способ, является уменьшение риска растрескивания образца в результате экстракции и уменьшение времени на подготовку образца к следующим измерениям.

Технический результат заключается в повышении производительности исследований и сохранности образцов.

Указанный технический результат достигается тем, что способ измерения петрофизических параметров низкопроницаемого керна осуществляют путем стационарной фильтрации с определением коэффициента абсолютной газопроницаемости, включающий прокачку газа (азота) через образец, расположенный в кернодержателе, который соединяют с источником жидкости под давлением, содержащим разделительные емкости для жидкости, при этом в качестве жидкости используют дистиллированную воду, а величину полезного объема разделительных емкостей рассчитывают с учетом необходимости полного заполнения пространства между резиновой манжетой и корпусом кернодержателя и дополнительного объема воды на подъем давления обжима до пластового давления.

Предлагаемый способ заключается в замене жидкости гидрообжима с гидравлического масла на дистиллированную воду. Техническая реализация данного способа включает в себя установку двух дополнительных разделительных емкостей, из которых одна, без поршня, служит для быстрого заполнения кернодержателя водой, а другую, с поршнем, используют для подъема давления гидрообжима до заданного значения. Полезный объем разделительных емкостей рассчитывают с учетом необходимости полного заполнения пространства между резиновой манжетой и корпусом кернодержателя и дополнительного объема воды на подъем давления обжима до пластового.

На фиг. показана схема подключения разделительных емкостей к кернодержателям.

Перед началом измерения проницаемости образцы устанавливают в кернодержатели 1 и 2, вентили 3, 4, 5, 6, 7 открыты, вентиль 8 закрыт, трехходовой кран 9 открыт на линию сжатого воздуха (давление 5÷7 бар), емкость для заполнения кернодержателя жидкостью обжима 10 и емкость с поршнем для создания давления обжима 11 максимально заполнены водой.

Открывают вентиль 7 и воду под давлением сжатого воздуха подают из емкости для заполнения кернодержателя жидкостью обжима 10 в кернодержатели. Объем емкости 10 должен превышать суммарный объем пространства между резиновой манжетой и корпусом двух кернодержателей.

После появления воды на выходе из вентилей 3 и 4 эти вентили и вентили 5, 6, 7 закрывают, открывают вентиль 8. Насосом (на схеме не показан), через поршень в емкость с поршнем для создания давления обжима 11, давление воды в кернодержателях поднимается до заданных значений, которые измеряют датчиками давления 12 и 13, вентиль 8 закрывают.

После проведения измерений проницаемости и сброса давления газа в образце открывают вентиль 8, открывают последовательно вентили 5, 6, 3 и 4. Под действием избыточного давления и силы тяжести вода из кернодержателей заполняет емкость с поршнем для создания давления обжима 11, вентиль 8 закрывают. Трехходовой кран 9 открывают в атмосферу, открывают вентиль 7, вода из кернодержателей сливается в емкость для заполнения кернодержателя жидкостью обжима 10.

Вода в силу меньшей вязкости быстрее и полнее освобождает кернодержатели, на резиновой манжете остается меньше воды, по сравнению с маслом, что в совокупности уменьшает риск замарать образец при зарядке или разрядке кернодержателя. При попадании на образец отдельных капель воды его достаточно высушить, не подвергая экстракции, что позволяет повысить сохранность образцов. Так как в силу меньшей вязкости вода быстрее заполняет и освобождает кернодержатели, уменьшается время подготовительных операций по подъему и сбросу давления обжима, что приводит к увеличению производительности пермеаметра.

Отдельно отметим, что производитель оборудования не оснащает пермеаметр NANOK-100 стандартными образцами проницаемости, что не позволяет контролировать метрологическую точность измерений.

С целью обеспечения метрологических характеристик определения проницаемости рекомендуется использовать стандартные образцы проницаемости (СОП) изготовленные согласно информации изложенной в SPE 152257 [SPE 152257 Достижения в области стандартов измерений и измерений фильтрационных свойств для плотных пород, таких как сланцы. С. Сина, SPE, Е.М. Браун, SPE, К.Р. Пасси, SPE, С.А. Леонарди, SPE, А.С. Вуд III, Т. Зиркл, SPE, Дж.А. Борос, SPE, и Р.А. Кудва, SPE, ExxonMobil Upstream research Со].