Вода, заполняющая поровое пространство пород

Гравитационно- Капиллярно - Физически связанная

Подвижная удерживаемая (вода ДЭС)

Мегапор и сверхка- Капилляров, субкапил- Рыхло- Прочно-

Пилляров ляров (менисковая, связанная связанная

(крупных пор и углов пор, (диффузной - (адсорбцион-

Каверн ) осмотическая, части ДЭС) ной части

Пленочная) ДЭС)

Рис. 6.1. Классификация видов воды в породе.

Капиллярно-удерживаемая вода находится в породе под действием капиллярных сил. По классификации Карцева А.А. к ней относится капиллярная, стыковая и лиосорбционная (пленочная). Выделяемая им сорбционно-замкнутая вода идентифицируется как вода крупных пор и отличается от выделенной нами гравитационно-подвижной воды. Часть капиллярно-удерживаемой воды подвижна и может быть вытеснена под действием перепадов давлений наблюдаемых в естественных условиях в пластовой жидкости. Вода пленочная, осмотическая и углов пор в этих же условиях неподвижна. Капиллярно-удерживаемая вода характерна для поровых каналов диаметром от 0,1-0,2 мм и меньше. По своим свойствам капиллярно-удерживаемая вода близка к свободной. В порах она удерживается капиллярным давлением:

р_к=2σ*cosθ/r, (6.1)

где σ – поверхностное натяжение на границе воды и воздуха (углеводородов); r – радиус капилляра; θ – угол смачивания.

Под физически связанной водой понимают воду, находящуюся в области действия двойного электрического слоя (ДЭС); она входит в объем пленочной воды.

Прочносвязанная вода формируется ближними к поверхности частиц молекулами воды, рыхлосвязанная – дальними. Прочносвязанная вода удерживается на поверхности твердой фазы породы с силой (давлением) до 1000 Мпа, не передает гидростатического давления, удаляется при температуре > 105 ^oC. Удаленная от твердой фазы часть рыхлосвязанной воды способна передавать перепады давления (подвижна) и удаляется при температуре <105^oC.

Остаточная вода включает в себя, пленочную воду, воду тонких капилляров (субкапилляров), углов пор и осмотическую. Свойства физически связанной воды отличаются от свойств воды в объеме, т.е. от свойств остальных видов воды.

На рисунке 6.2. приведена классификация видов воды в породах по А.А. Карцеву.

Рис. 8. Виды воды в горных породах (по А. А. Карцеву).

Сорбционно-замкнутая и капиллярная воды в модели А.А. Карцева могут рассматриваться как воды пор и связывающих их поровых каналов (в модели Элланского М.М.)

Одним из способов моделирования остаточной водонасыщенности является метод центрифугирования, который заключается в вытеснении воды из образцов горных пород под действием перепадов давления (р_к) создаваемым центробежными силами.

В основе метода центрифугирования лежит получение перепадов давления на границе двух фаз в коротких образцах. Гравитационный потенциал, развиваемый при центрифугировании, перемещает жидкость в образце и изменяется от нуля на условно принятом верхнем торце образца до максимума на нижнем. Дифференциальное уравнение, описывающее это изменение, имеет следующий вид:

(6.2)

где - изменение гравитационного потенциала в образце на расстоянии dl, w - угловая скорость вращения; - разность плотности вытесняемой водной фазы и вытесняющей фазы (воздух, нефть и т.д.); R—радиус вращения образца (до его верхней границы); l—расстояние от верхнего конца образца до выделяемого элемента dl (рис. 6.1).

6 7 8

Рис. 6.1 Схема центрифугирования образцов.

Обозначения: 1 – уплотнительное кольцо; 2 – стакан; 3 – элемент dl образца; 4 перфорированное основание; 5 – вытесненная вода; 6 –ось вращения центрифуги; 7- фрагмент ротора центрифуги, 8 - корпус ячейки.

Интегрируя выражение (6.2), получаем уравнение, связывающее гравитационный потенциал с расстоянием вдоль образца керна длиной L

. (6.3.)

Если структура порового пространства и геометрические размеры образца постоянны по его длине, то средневзвешенный по объему гравитационный потенциал задается уравнением

. (6.4.)

Рассчитанный таким образом средневзвешенный потенциал обеспечивает вытеснение воды из образца, т.е. он должен быть равен среднему капиллярному давлению, развиваемому в каналах образца

. (6.5)

Если выразить угловую скорость через число п оборотов в 1 мин, плотность d (кг/м³) и длины R и L (м), то следующее уравнение позволяет получить капиллярное давление (МПа):

. (6.6.)

Экспрессный характер и достаточная воспроизводимость результатов способствовали тому, что метод центрифугирования нашел широкое применение в практике исследований коллекторов нефти и газа.

3. Практическая часть

Задание:Определить водоудерживающую способность образцов методом центрифугирования (моделирование остаточной водонасыщенности.

3.1. Приборы, оборудование, материалы соответствуют перечню, указанному в лабораторной работе 3, со следующими дополнениями:

a) Центрифуга с крестообразным (число оборотов не менее 3000 об/мин) или угловым (число оборотов не менее 6000 об/мин) ротором и таймером

b) Центрифужные стаканчики.

c) Часы (при отсутствии таймера в центрифуге).