Способ определения пористости бурового шлама

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может .найти применение в горнодобывающей промышленности,Известен способ определения коллекторских свойств влагонасыщенныхгорных пород путем нагрева в неизотермическом режиме нагревателя, регистрации интервалов, характеризующихся постоянным изменением скоростипотери влаги и соответствующих выделению свободной, связанной и прочносвязанной влаги, и определенияколлекторских свойств по.объемамвлаги, выделенной в указанные интервалы. Этот способ предусматривает 15использование образцов керна правильной геометрической формы, поэтомулегко определить общий (видимый)объем образца, который необходимознать при вычислении коэффициентапористости породы 1) .Однако отбор керна из пород-коллекторов, которые могут содержатьнефть и газ, далеко не всегда проводится иэ-за высокой стоимости иснижения скорости проводки скважины,а также он нередко бывает безрезультатным из-за растрескивания пористыхпород и высыпания их иэ колонкового снаряда. Вследствие этогонаиболее интересные в отношении З 0нефтегаэоносности разреза скважинбавьпот слабо охарактеризованы керновыми данными. Кроме того, наблюдается сокращение дорогостоящего отбора керна и переход к бескерновому бурению скважин. В связи с этим необходима информация о коллекторских свойствах пород, в частности об их пористости по буровому шламу, которыйВыносится потоком промывочной жидкости с забоя скважины на дневнуюповерхность, может быть отобран иисследован. Им может быть охарактеризован весь разрез скважины.Буровой шлам представляет мелкие 45обломки раэбуриваемых пород, которыеимеют неправильную геометрическуюформу. Средний размер частиц шлама2-5 мм, Из-за неправильной формычастиц шлама возникают большие труд-,ности и погрешности в определенииобщего (видимого) объема. Эти погрешности непосредственно переносятсяна величины пористости,1Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяспособ определения пористости бурового шлама, заключающийся в отборепробы частиц шлама заданного раэмерйого диапазона, насыщении частицжидкостью и определении количества 60жидкости, поглощенной частицами,Отобранную фракцию промывают водой,экстрагирувт в спиртобенэольнойсмеси для удаления возможно содержащихся в породах воды и нефти, высушивают до постоянного веса, затемнасыщают керосином или водой (последняя применяется для неглинистых поРод). Затем удаляют убыток жидкостис поверхности образца, взвешиваюти определяют пористость по разностивесов насыщенного и сухого образца,отнесенной к плотности насыщающейжидкости и к его общему (видимому)объему (2 .Погрешности, возникающие приреализации данного способа,.связаныс отсутствием идеального метода удаления избытка жидкости с поверхностичастичек шлама после взвешиванияиеследуемой пробы в насьпценной жидкости перед взвешиванием насыщенногообразца на воздухе, С образцов кернажидкость на поверхности удаляютфильтровальной бумагой. В отношениишлама такой способ неприменим: из-замалых размеров частиц фильтровальнойбумаги удаляется жидкость не толькос поверхности, но и из пор породы,пористость оказывается заниженной.При одинаковом весе шлам по сравнению с керном имеет значительно большую поверхность (в десять раэ).ПОЭтому учет количества жидкости наповерхности частиц шлама имеет первостепенное значение.Известны различные способы удаления избытка жидкости с поверхностиобразца шлама: естественное высушивание при комнатной температуре заопределенное время, прокатываниечастичек на фильтровальной бумаге,на матовом стекле, встряхиваниена сите и т.п. Сравнительно лучшиерезультаты обеспечивает прокатываниечастиц на матовом стекле, Прокатывание на фильтровальной бумаге приводит к извлечению жидкости из порпороды. Встряхивание шлама на ситедает большой избыток жидкости наповерхности частиц, Естественное высушивание продолжительно, напримеркеросин с поверхности частиц испаряется за 40-50 мин, вода эа 8-15 мин.Этот процесс зависит от температурыи влажности воздуха, не поддаетсяточному контролю, дает большую погрешность. Прокатывание частиц шламана матовом стекле в течейие нескольких минут позволяет удалить частьжидкости с поверхности, но не полностью. Специальными исследованиями,на образцах плотных непористых породустановлено, что при использованиитакого способа на поверхности частицостается в среднем 3-4 мг жидкости(керосин, вода) на 1 г породы. Этодает погрешность в измерении пористости не менее 1% (абс),Цель изобретения - повышение точности определения пористости бурового шлама.Поставленная цель достигается Ристости породы, Учитывается плоттем, что согласно способу определе- ность поровой и насыщающей жидкости,ния пористости бурового шлама, эак- для воды она принимается равнойлючающемуся в отборе пробы частиц 1 г/см.шлама заданного размерного диапазона, Потеря в весе при нагреваниинасыщении частиц жидкостью и опреде складывается иэ количества жидкостиленни количества жидкости, поглощен- в порах породы и веса насыщающейной частицами, дополнительно опреде- .жидкости; остающейся на поверхностиляют количество жидкости, находящего- частиц шлама, который необходимося на поверхности смоченных эталлон- учитывать и исключать, так как онных частиц, причем .в качестве эталон значительно влияет на точностьных частиц используют непористые измерения пористости шлама. По грачастицы, размер которых лежит в том диентам изменений веса и возникающимже диапазоне,.что и размер частиц термоэффектам поглощение тепла)исследуемой пробы, а пористость опре- процессы испарения поверхностной иделяют по разности количеств жидкости поровой жидкости не удается раздепоглощенной пористыми частицами и лить. Испарение поверхностной водынаходящейся на поверхности эталонных начинается с 20 С и продолжается вчастиц. зависимости от скорости нагреваДля учета влаги на поверхности до 200-220 С, испарение поровой жидисследуемых частиц шлама используют кости происходит в интервале темпеданные о ее количестве, полученные .Ратур 70-.300 ОС, т.е. в довольнопри нагревании шлама, смоченных продолжительноминтервале темпераводой непористых пород с аналогич- тур происходит одновременноеиспареными размерами частиц, формы и веса ние и поверхностной и поровой жиднавески, что и в исследуемых пробах. косуи,Предлагаемый способ осуществляет- Для учета количества жидкости нася следующим образом, поверхности частиц смоченного водойОтобранные р буртобранные при бурении пробышлама предлагается использоватьшлама предварительно тщательно от-данные, полученные при исследованииобразцов непористых, плотных пород30.(ангидрит, известняк, доломит). Намываются от глинистого раствора, затем на сите с ячейками 3 мм отсеипервом этапе они иэготавливаютсяваются мелкие частицы с нарушенной иэ плотных образцов керна путемструктурой порового пространства. Из дробления и отсеивания фракции отоставшейся части на анализ отбираются частички характерных пород в . 3 до 5 мм чеРез сита с соответствуюнавеске не менее 1-1 5 г 35 щими размерами ячеек. По форме иразмеру частиц они с достаточным приб.лижением имитируют буровой шлам. Нат ор характерных пород необходимполученных образцах непористого шламав связи с тем, что .в шламе кромечастиц выбуренных пород часто приустанавливается количество, поверх"сутствуют различного рода примеси,сутствуют разлностной влаги в зависимости от раэмето и частицы пород, попадающих вбуровой раствор при образованиира навески.В диапазоне возможного изменениянавесок исследуемого бурового шламаберется несколько различных навесокмел гематит бари,шлама, приготовленного иэ плотныхпород, например от 1 до 5 г с интерто ранные на анализ частицывалом.в 0,5 г, Для проверки воспроизводимости каждая навеска дублирушлама донасыщаются водой под вакуумом ется. Плотный шлам поме ают в водля восполнения возможной потерипоровой жидкости в результате разга".до полного смачиваниязирования и подсыхания пород. Затем5 О Руется по исчезновению вэновению воздушныхпроба взвешивается в насыщающей жид а м пузырьков с нове хн терхности частиц, Поскости и в воздухе разница в весе з жидкости избыток: ле извлечения из жидает возможность определить видимый,влаги с пове хностир ности частиц удаляетсяобъем образца, В дальнейшем пробапутем прокатывания нро ан я на стекле. Этотшлама помещается в камеру термовесов 55 ивает получение достаспособ обеспечиваетточно стабильногоколичества поверхностной влаги При правильном провенения веса за счет испарения поверхностной,и поровой жидкости, П 6 теря ее 1 мг на 1 г породы.. тавляет не более +1в весе при нагревании насыщенного щ Другие способы, нагример встряхиваводой обРазца позволяет оценить объем- е стабильНое количествоние дают менепор в .породе, а разница в весе насыповерхностной влаги,щенного образца в воздухе и в жид- Увлажненный шлам взвешивается, по.кости - объем образца, Отношение Ука- разности в весе по сравнению с сухим .занных объемов дает коэффициент по-. щ определяется количество поверхност-.ной влаги в каждой нанеске, Составляется таблица или строится график .зависимости этого параметра от размера навески. С их помощью оценивается количество поверхностной влагидля каждой конкретной навески. исследуемого шлама, Способ увлажнения пород (смачивание, удаление избыткавлагидолжен быть идентичным как приработе с непористыми эталонами, таки с исследуемыми образцами. 10В процессе массовых измеренийпористости бурового шлама встречаются образцы плотных пород, Из нихформируется эталонная коллекция непористого шлама различного литологического состава, Она и используетсяна последующем этапе применения способа взамен коллекции, приготовленнойиз йлотного керна, В этом случаедостигается практически полная идентичность эталонного и исследуемогошлама, которая обусловлена процессомразрушения пород н процессе их разбуринания,для повышения точности измеренийцелесообразно ограничить не тольконижний (3 мм), но и верхний, пределисследуемых частиц шпама до 5 мм,просеивая его через сито с соответствующими ячейками, Этим сужаетсядиапазон изменения размера частиц 30исследуемого шлама, Кроме того,частицы более крупного размера обычнобывают представлены обнальными породами (глины, аргиллиты), которыепопадают в буровой раствор из образующихся в стволе скважины каверн.При массовых измерениях, когдаисследуются образцы шлама пористыхи непористых пород в различных нанесках, данные о количестве воды на 40поверхности частиц непористых образ-цов получаются автоматически и специальных исследований с непористымиэталонами не требуются. По даннымтермоанализа легко отличить пористые 45и непористые образцы шлама на осно-ве характера градиентов изменения веса,а также по наличию (пористые ) или отсутствию (непористые) отрицательныхтермозффектон, если одновременнорегистрируется и температура шлама,например в дериватографе.Предлагаемый метод определенияпористости шлама по количествупоровой води, выделившейся при нагревании породы, не требует учетаплотности жидкости для водоносных игазоносных коллекторов, так какчастички шлаиа таких пород бываютполностью насыщены (и донасыще(щ).нодой,плотность выделяющейся при нагреванин жидкости (вода + неФть) меньшеединицы, поэтому ее вес не будет точ-.но соответствовать объему. Требуетсявносить поправку, учитывающую количество и плотность нефти. 45 Если требуется большая точнрсть н измерении пористости шлама, содержащего нефть, его необходимо экстрагировать в спиртобенэольной смеси с последующим насыщением жидкостью под вакуумом.Когда известен минераЛогический состав исследуемых пород,. например по данным дифференциального термо - анализа, не требуется проводить предварительное взвешивание образца в насыщающей жидкости, Объем минерального скелета Ммс рассчитывают на основе плотности породообразующих минералов, которая известна. Так, минералогическая плотность кварца составляет 2, 65, кальцита 2, 71, доломита 2,78 г/см 5, Указанные мйнеРады преобладают н породах-коллекторах. Для расчета коэффициента пористости (К) используют Формулу,югде Ч . - объем поровой воды в исследуемой навеске шлама, см (плотностьводы 1 г/см),П р и м е р. Образец. керна, пористость которого преднарительно определена и составляет 12,9, измельчают н шлам. По иавеске шлама около30 г с размерами частиц 3-5 мм определяют пористость методом насыщения,получено значение 16,3,Несколько частичек этой же породь,насыщенной водой, после извлечения,из жидкости прокатывают на стеклеи помещают на термовесы, Начальныйнес нанески 0,990 г. После нагревадо 250 ОС за счет испарения поверхностной и поровой воды вес уменьшился до 0,936 г (вес минеральной части). Потеря в весе составляет 054 г,куда входит и вода на поверхностичастичек породы. Для ее учета используют данные, полученные с непористыми эталонными образцами шлама,приготовленного из плотного керна,аналогичной фракции (3-5 мм). Покалибровочному графику, полученномуэкспериментально, для указаннойнанески (0,990 г) содержание поверхностной воды составляет 0,004 г, Следовательно, количество поровой воды0,050 г или 0,65 смПо данным термоанализа установлено, что порода содержит 92,5доломита и 7,5 кальцита (известковый доломит), Расчетная плотностьтакой породы 2;858 г/см, а объемминеральной части в исследуемойнанеске 0328 см(0,936 г,(О, 328 см э) нФормулу, получаютК и = 13,2, Это значейие отличаетсяот пористости по керну всего на 0,3,Заказ 8476/49 Тираж 873 Подписное ВВИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская иаб, д. 4/5 ша жи тетжт аеетжтеттт таитттие жтежфилиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная, 4 тогда как пористость по шламу, определенная по методу насыщения, на 3,4.Предлагаемый способ по сравнению с известными обеспечивает следующие преимущества: существенно повышается 5 точность измерения пористости бурового шлама, производительность анализавозрастает до 10 раз; появляетсявозможность производить измерениянепосрецственно на месте отбора,т,е. на бурящейся, скважине, обеспечивается воэможность использованияв автоматизированных системах.