Задачник по физике нефтяного и газового пласта (стр. 1 )

Министерство образования и науки Республики Татарстан

Альметьевский государственный нефтяной институт

, ,

Задачник

по физике нефтяного и газового пласта

для студентов, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов 650700 - «Нефтегазовое дело»

для практических занятий, контрольных работ и самостоятельной работы

по дисциплинам «Физика пласта» и «Физика нефтяного и газового пласта»

Альметьевск 2008

УДК 622.276.031

Б 91

, ,

Б 91 Задачник по физике нефтяного и газового пласта для студентов, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов 650700 - «Нефтегазовое дело» для практических занятий, контрольных работ и самостоятельной работы по дисциплинам «Физика пласта» и «Физика нефтяного и газового пласта». – Альметьевск: Альметьевский государственный нефтяной институт, 2008. – 76 с.

Задачник по физике нефтяного и газового пласта содержит разделы, в которых рассмотрены расчеты давлений и лабораторные методы определения физических свойств коллекторов и пластовых флюидов. Каждый из разделов содержит краткую теоретическую часть, примеры решения задач и задачи для самостоятельного решения.

Задачник предназначен для студентов, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов 650700 - «Нефтегазовое дело» для практических занятий, контрольных работ и самостоятельной работы по дисциплинам «Физика пласта» и «Физика нефтяного и газового пласта».

Печатается по решению учебно-методического совета АГНИ.

Рецензенты:

д. ф. - м. н., профессор

к. г.-м. н.

© Альметьевский государственный

нефтяной институт, 2008

1. Лабораторные методы определения

физических свойств коллекторов и пластовых флюидов

Физические свойства коллекторов и пластовых флюидов и их неоднородность необходимо учитывать при проектировании систем разработки месторождений нефти и газа. Свойства коллекторов и пластовых флюидов могут меняться в процессе разработки. Необходимо прогнозировать тенденции в их изменении для надежного контроля и эффективного регулирования разработки месторождений углеводородов. Физическими свойствами коллекторов называются их гранулометрический (механический) состав, пористость, проницаемость, плотность, насыщенность. Плотность, вязкость, поверхностное натяжение, давление насыщения являются физическими свойствами пластовых флюидов.

1.1.  Гранулометрический (механический) состав

Гранулометрическим (механическим) составом коллектора нефти или газа называется количественное (массовое) содержание в нем частиц (минеральных зерен) различной величины. Для изучения гранулометрического состава коллектора проводятся ситовой и седиментационный анализы. При ситовом анализе используются наборы сит, различающиеся размерами отверстий. После просеивания на ситах взвешивают оставшиеся на каждом сите частицы. Результаты ситового анализа оформляют в виде кривых суммарного гранулометрического состава (рис.1.1) и распределения зерен породы по размерам (рис.1.2). Кривая суммарного состава гранулометрического состава строится в полулогарифмическом масштабе. Вычисляют коэффициент неоднородности гранулометрического состава коллектора по формуле

, (1.1)

где: d60 - это диаметр частиц, при котором сумма масс фракций диаметрами, начиная от нуля и кончая данным диаметром, составляет 60% от массы всех фракций;

d10 - это диаметр частиц, при котором сумма масс фракций диаметрами, начиная от нуля и кончая данным диаметром, составляет 10% от массы всех фракций.

Частицы коллектора, прошедшие через сито с наименьшими отверстиями, отбираются для седиментационного анализа. Седиментационный анализ основан на законе Стокса, т. е. седиментационном разделении частиц породы по фракциям вследствие различий скоростей оседания зерен неодинакового размера и плотности в вязкой жидкости

(1.2)

где: g - ускорение силы тяжести;

d - диаметр частиц;

v – кинематическая вязкость жидкости;

- плотность жидкости;

- плотность частиц

Рис 1.1. Кривая суммарного гранулометрического состава

Рис 1.2. Кривая распределения зерен по размерам

Пипеточный метод является наиболее распространенным при седиментационном анализе коллекторов месторождений нефти и газа. Содержание в коллекторе частиц, диаметр которых менее 0,01мм и состоящих из глинистых минералов, характеризует его глинистость. Процентное содержание отобранной фракции частиц в керне определяется по формуле

, (1.3)

где: G –масса взятой пипеткой сухой пробы данной фракции, ;

G1 –масса всей навески в цилиндре (10 );

V –объем жидкости в цилиндре (1000);

V1- объем отобранной суспензии (20 );

L – процент фракции, прошедших через сито с наименьшими отверстиями.

Задача 1. Определите процентное содержание в образце породы фракций менее 0,01, 0,01-0,05 и 0,074-0,05. Известно, что через сито с наименьшими отверстиями 0,074 прошло 15% от первоначальной навески породы. Пипеткой было отобрано 0,1 частиц диаметром меньше 0,05 и 0,05 диаметром меньше 0,01.

Решение. По формуле (1.3) рассчитаем содержание в образце фракций диаметром менее 0,005(К0,05) и менее 0,074 (К0,074)мм, а также фракций 0,01-0,05 и 0,05-0,074мм.

.

.

К0,01-0,05= К0,05- К0,01=7,5-3,75=3,75%.

К0,05-0,074= 15-7,5 =7,5%.

Необходимо помнить, что при отборе частиц размером менее 0,05 в пипетку попадают также и более мелкие фракции, например, размером менее 0,01. При расчете продолжительности оседания частиц той или иной фракции используют формулу

, (1.4)

где: t – продолжительность оседания частиц той или иной фракции;

h – глубина погружения пипетки в суспензию (обычно 30 см).

При решении задач, в которых требуется определить продолжительность или скорость осаждения частиц в суспензии, необходимо знать плотность (r) и вязкость (m) воды при различных температурах (таблица 1.1).

Задача 2. Вычислите продолжительность оседания в суспензии на глубину 30 частиц диаметром 0,02 и плотностью 2,7 / при температуре 30 0С.

Решение. Вычислим скорость осаждения частиц в суспензии

см /сек.

Предварительно определяется кинематическая вязкость воды

см2/сек.

Из формулы (1.4) следует

сек.

Таблица 1.1

Зависимость плотности (r) и динамической вязкости (m) воды от

температуры (Т)

Т, С.	р, /см3.	m, /(см сек).
10	0,99975	0,01310
15	0,99916	0,01165
16	0,99900	0,011325
17	0,99880	0,011025
18	0,99860	0,010740
19	0,99845	0,010480
20	0,99826	0,010210
21	0,99800	0,009970
22	0,99780	0,009725
23	0,99760	0,009500
24	0,99735	0,009280
25	0,997112	0,009075
30	0,99577	0,008000

Для исследования гранулометрического состава горных пород применяется также ареометрический метод, который учитывает изменение плотности суспензии с начала осаждения в ней частиц. При этом используется ареометры для гранулометрического анализа. Так как сделать все ареометры совершенно одинаковыми невозможно, то одному и тому же отсчету R по шкалам разных ареометров будет соответствовать различное расстояние НR от поверхности жидкости до центра водоизмещения ареометра. Необходимо для каждого отсчета по ареометру подсчитать соответствующее ему значение НR по формуле