Лабораторная работа № 4. Проницаемостью горных пород называют их свойство пропускать сквозь себя жидкость или газы

Проницаемостью горных пород называют их свойство пропускать сквозь себя жидкость или газы. Абсолютно непроницаемых тел в природе нет. Располагая соответствующим перепадом давления, можно продавить жидкости и газы через все тела. Однако при существующих в нефтяных пластах перепадах давлений многие породы оказываются практически непроницаемыми для жидкостей и газов (глины, сланцы и др.). Это можно объяснить тем, что указанные породы обладают капиллярными и субкапиллярными порами, оказывающими большое сопротивление движению жидкости и даже газа.

Для характеристики проницаемости нефтесодержащих пород введены понятия:

- абсолютная проницаемость;

- эффективная проницаемость (или фазовая);

- относительная.

Абсолютной проницаемостью называется проницаемость пористой среды при движении в ней лишь одно какой-либо фазы (газа или однородной жидкости). Коэффициент абсолютной проницаемости теоретически характеризует только физические свойства породы. Установлено, что при движении жидкости в пористой среде на величину ее проницаемости оказывают влияние физико-химические свойства жидкостей. Поэтому в качестве абсолютной проницаемости принято считать проницаемость пород, определенную по газу (азоту).

Эффективной (или фазовой) проницаемостью называется проницаемость пород для данного газа или жидкости при наличии или движении только в порах многофазных систем.

Относительной проницаемостью пористой среды называется отношение эффективной проницаемости этой среды к абсолютной ее проницаемости.

Берем образец керна, извлеченного из скважины:

Распиливаем керн на 4 части:

Всего делаем 4 таких куска.

1) Для исследования гранулометрического состава используем остатки

2) 1-ый кусок керна – для изучения проницаемости

3) 2-0й кусок керна – определения плотности

4) 3-ий кусок керна – определение абсолютной и относительной пористости

5) 4-ый кусок керна – запас (т.к. часто куски ломаются).

Установка для определения проницаемости

Схема:

Р₁ давление на входе (≈ 1÷10 атм)

Р₁ давление на выходе

При определении проницаемости пород можно пользоваться формулой линейного закона фильтрации Дарси (скорость фильтрации жидкости в пористой среде пропорциональна перепаду давления и обратно пропорциональна вязкости)

(1)

Q – объемный расход жидкости через породу за 1 сек;

u - скорость линейной фильтрации;

µ - динамическая вязкость жидкости;

F – площадь фильтрации;

DP – перепад давления на длине образца;

k – коэффициент проницаемости.

Величина этого коэффициента из уравнения будет равна

(2)

Тогда формула определения проницаемости пород по газу:

(3)

Единицы измерения проницаемости: в системе СИ:

[L] =м [F] =м² [Q] =м³/сек [P] =н/м² [m] = н сек/м²

1 н сек/м² = 10- пуаз

Физический смысл размерности k (площадь) заключается в том, что проницаемость как бы характеризует величину площади сечения каналов пористой среды, по которым в основном происходит фильтрация.

В промысловом деле для оценки проницаемости обычно пользуются практической единицей – дарси, которая в 10¹² раз меньше, чем проницаемость в 1 м².

Задача. Определить абсолютную проницаемость горных пород по газу по данным исследования керна:

D = 30 мм =0,03 м, Р₀ =1 атм – абсолютное давление 10⁵ в Па.

L = 100 мм =0,1 м

P₁ = 3 атм

P₂ = 1 атм

Q₀ = 40 дм³ /мин =40/60 10^-3 м³/сек

µ_г =0,1 Па с/м²

F = 0,785 0,03² м² (F =pD²/4 = p/4 D² =0,785 0,03²

K -?

Формула для определения проницаемости пород по газу:

Зависимость проницаемости от пористости: