Способ определения проницаемости горных пород нефтегазового пласта и устройство для его осуществления

(51) 21 49/00 (2006.01) 01 15/08 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ пласта. Четыре грани кубикового образца верхняя,нижняя и две (любые) боковые не участвуют при определении проницаемости они сильно обжимаются эластичными элементами внутри устройства,что позволяет определять проницаемость вдоль направления от одной свободной грани к другой, ориентированных поперек залегания пород пласта. При -кратном определении проницаемости пород пласта таким путем, испытываяобразцов, получается проницаемость в различных направлениях В-З СЮ СВ-ЮЗ ЮВ-СЗ и еще в промежуточных П 1 П 2 Пп ориентациях, поэтому дает п действительную среднюю проницаемость пород пласта вдоль их залегания, т.е. вдоль пласта. Устройство для осуществления измерения проницаемости выполнено из металлических деталей двух дисковых крышек с отверстиями для патрубков и болтов корпуса-втулки, габаритные размеры которых зависят от ребра изготавливаемого образца, равного а 2 , где 4,5 4,0 3,5 и 2,3 см - радиусы возможных кернов. Внутри устройства помещаются кубиковый образец, четыре болта, эластичная обверточная полоса и четыре обжимающие эластичные камеры, соответствующие четырем обжимаемым граням кубикового образца. Устройство имеет сообщающиеся между собой патрубки для закачивания жидкости в камеры и патрубки для продавливания проницаемой жидкости и для ее измерения.(72) Помашев Онал Парманкулович Сарыбаев Мадияр Абдуллаевич Баймаханов Галымбек Акбергенович Казангапов Адил Енсебаевич(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОНИЦАЕМОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД НЕФТЕГАЗОВОГО ПЛАСТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Способ определения проницаемости горных пород нефтегазового пласта и устройство для его осуществления относится к горному производству, а именно, к определению проницаемости пород нефтегазового пласта (значительной мощности) вдоль его залегания. Керновые материалы выбуриваются из нефтегазового пласта скважинами,ориентированными к пластам наклонно, поэтому определение проницаемости вдоль оси керна не соответствует проницаемости пород пласта вдоль залегания последнего. Предложен способ изготовления образцов-кубиков из керна радиусами 4,5 4,0 3,5 и 2,3 см, которые получаются с ребрами а 2 , в которых верхняя и нижняя грани отмечаются как верх и низ керна,ориентированного, примерно, поперек залегания Способ определения проницаемости горных пород нефтегазового пласта и устройство для его осуществления относится к горному производству, а именно к определению проницаемости пород нефтяного пласта (значительной мощности) вдоль его залегания. Способность пористой среды пропускать через себя жидкости и газы называется проницаемостью. Величины последней в различных направлениях могут отличаться очень сильно. Например, бурится вертикальная скважина, и при этом выбуриваются керны из нефтегазового пласта, залегающего горизонтально. В этом случае оси столбиков керна перпендикулярны залеганию нефтегазового пласта,и, естественно, определение проницаемости пород вдоль оси кернов, во-первых, дают значения проницаемости в поперечном направлении залеганию,во-вторых,такие значения проницаемости не могут быть использованы при расчетах характеристик нефтегазового пласта по направлению его залегания. Поэтому при таких ориентациях кернового материала необходимо изготавливать из кернов такие образцы, которые позволили бы измерить проницаемость, именно, ориентированную вдоль залегания породной толщи нефтегазового пласта. Таким образом, в специальном устройстве следует определять проницаемость вдоль пласта, хотя бы, ое число раз и находить ее среднюю величину, (где- мощность нефтегазового пласта в метрах). При вертикальном выбуривании кернов из разведскважины в колонковой трубе ориентации керновых материалов в направлениях Восток-Запад(В-З) Север-Юг (С-Ю) и т.д. меняются, так как колонковая труба вместе со снарядом вращается и оторванные керны (куски горных пород) находятся во вращательном движении. Сохраняется только вертикальное положение столбиков керна. При раскладке последних в керновые ящики иногда путаются также верхние и нижние концы кернов. Известна схема прибора для определения проницаемости пород по газу, в которую входят хлоркальциевая трубка для осушки газа регулятор давления газа манометр образец породы резиновая уплотнительная втулка кернодержатель и газовый счетчик (Акульшин А.И., Бойко , Зарубин Ю.А.,Дорошенко В.М. Эксплуатация нефтяных и газовых скважин - М. Недра, 1989, с.38, рис. 2.9). Из приведенного прототипа для способа неясно,какова конструкция кернодержателя, в каком направлении определяется проницаемость породы, и как надежно герметизирована боковая поверхность образца - керна. В схеме при пропускании газа могут участвовать ненадежно герметизированные боковые поверхности образца, что может внести значительные погрешности при определении проницаемости, а также невостребованность последней при неясности определения ее ориентации вдоль залегания пласта. Известен также прототип способа, в котором дается определение,что проницаемость характеризует способность горных пород, в том числе и коллекторов, пропускать через себя 2 жидкость и газы. В источнике подчеркивается, что в природе нет абсолютно непроницаемых пород капиллярные канавки по диаметрам подразделяются условно на три категории (авторы данной заявки считают, что последнее очень важное для установления средней величины проницаемости пласта вдоль его залегания) для количественного выражения проницаемости используют формулу Дарси. (Сидоров А.Н. Бурение и эксплуатация нефтяных и газовых скважин. - М. Недра, 1982,с.232-234). Известен источник (прототип устройства), в котором предложен кернодержатель для определения проницаемости по жидкости. В устройстве решена проблема сильного обжатия боковой цилиндрической поверхности кернового испытываемого образца эластичной тороидальной камерой, что позволяет определять проницаемость керна только строго вдоль его оси через поры.(Инновационный патент РК,27926. Кернодержатель прибора для определения проницаемости по жидкости. Авторы Помашев О.П., Аширбекова , Смаилова Г.Ж.,Казангапов А.Е. Опубл. 25.12.2013, Бюл. 12). В приведенном прототипе неясным остается ориентация кернового материала. Предложенный кернодержатель позволяет определять проницаемость породы лишь вдоль оси керна, а значит, устройство годится только для образцов,выбуренных скважинами, ориентированными вдоль залегания пласта. Техническая задача заключается в том, чтобы по керновым материалам, выбуренным вертикальными к поверхности Земли скважинами, которые под малым углом или перпендикулярно пересекают ориентацию залегания пород пласта, определять проницаемость пород, именно, вдоль залегания пласта. Для выполнения этой задачи,применительно к предлагаемому способу из керна каждого метра мощности пласта изготавливается образец в виде кубика, в котором торцы параллельны между собой и отмечены словами верх и низ. Длина ребра кубикового образца выполняется по радиусу керна. Например, если радиус керна , то ребро кубика а 2 . Для сильного прижатия и герметизации верха, низа и двух (любых) боковых граней кубикового образца необходимо специальное устройство, конструкция которого позволяет полностью ликвидировать просачивание жидкости и газа вдоль обжимаемой поверхностью и герметизирующими деталями при определении проницаемости. В устройстве две свободные боковые грани кубикового образца позволяют определять проницаемость пород пласта,с каждого метра мощности его по одному образцу(если- мощность пласта, м), позволяет получить среднее значение коэффициента проницаемости по формуле где- объемный расход жидкости через породу за 1 с- площадь фильтрации- среднее значение коэффициента пропорциональности,называемый иначе коэффициентом пропорциональности породы- динамическая вязкость жидкости- перепад давления на длине образца породыа - длина пути, равный ребру куба, на котором происходит фильтрация жидкости. Сущность способа определения проницаемости горных пород нефтегазового пласта,заключающийся в том, что выбуренный из нефтегазового пласта скважиной, перпендикулярной или под малым углом к плоскости залегания пласта,из керна готовят кубиковый образец с ребром а 2 , где- радиус керна отмечают верхнюю и нижнюю грани куба, как направление бурения,определяют проницаемость образца вдоль залегания пород пласта, для этого кубиковый образец обвертывают одним слоем полосой эластичного упругого материала с толщиной 0,5-1,0 см,покрывающим верхнюю, нижнюю и две (любые) боковые грани, с длиной полосы равной 4 а (или 4 2 ), а шириной равной ребру а кубикового образца, над этой эластичной полосой, напротив каждой грани кубикового образца размещают эластичную камеру с толщиной стенок 0,5-1,0 см,далее кубиковый образец с эластичными элементами помещают в цилиндрическую толстостенную кольцевую металлическую корпусвтулку с высотой равной ребрукубикового образца, при этом через две открытые боковые грани образца, параллельные поперечному сечению пласта продавливают жидкость и определяют проницаемость пород пласта, используя дисковые торцевые крышки, имеющие диаметр равный диаметру корпуса-втулки и патрубки для закачивания жидкости и сборки ее при просачивании через образец, стянутые болтами между собой и к двум открытым граням образца. Сущность устройства для определения проницаемости горных пород по жидкости,заключающийся в том, что корпус-втулка и торцевые крышки приспособлены к размерам выпиливаемого образца-кубика, имеющего ребро а 2 , где- радиус керна, равный одному из размеров 4,5 4,0 3,5 и 2,3 см, для этого корпусвтулка и дисковые крышки выполнены с одинаковыми внешними диаметрами внутренний диаметр корпуса-втулки выбран равным 2, где- диаметр болта- суммарная толщина слоя эластичной полосовой обвертки,болтов, которые пропущены через отверстия крышек в касании с внутренней поверхностью корпуса-втулки и с помощью гаек стянуты к торцам корпуса-втулки и к граням образца, эластичная тороидальная камера заменена четырьмя мешковидными эластичными камерами,размещенными над эластичной обверточной полоской над каждой обжимаемой гранью образца по одной, при этом патрубки камер выведены через отверстия одной из крышек и сообщены общей сообщающейся трубкой для закачивания жидкости в камеры. Суть изобретения заключается в том, что, именно проницаемость горных пород нефтегазового пласта определяется строго вдоль направления залегания пород пласта,и полностью исключается просачивание жидкости между контактирующими поверхностями граней образца-кубика с поверхностями внутренних эластичных элементов устройства для осуществления способа определения проницаемости. Для этого изготавливается устройство, размеры которого зависят от радиусов образца-керна 4,5 4,0 3,5 или 2,3 см. Из таких образцов можно выпилить кубики с соответствующими ребрами а 16,4 а 25,7 а 35,0 и а 43,2 см, которые можно помещать в устройстве. Поэтому устройство можно изготавливать четырех типоразмеров. На фиг.1 приведены две проекции (на вертикальную и на горизонтальную плоскости) устройства с образцом горной породы, вертикально разрезанного посередине. На фиг.1, а) приведена проекция (вид спереди) разреза устройства с образцом на вертикальную плоскость , а на фиг.1, б) - проекция (вид сверху) на горизонтальную плоскость Н половины разрезанного устройства. На фиг.2 приведено изображение устройства с помещенным внутри образцом, в котором удаленачасть и показан вырез. На фиг.1, а) - проекции устройства с образцом видно, что размеры образца-кубика 1, эластичной полосовой обвертки 2, диаметры стягивающих болтов 3 и толщина цилиндрического корпусавтулки 4 определяют габаритные внешние размеры устройства. На проекции (вид спереди) фиг.1, а) приведены также сечения четырех упругих эластичных камер 5, которые расширяясь под большим давлением Р, закачиваемой жидкости давят на эластичную полосу 2, что способствует обжатию образца 1 и ликвидации всех щелей и зазоров вокруг образца. Таким образом,проницаемость будет определяться точно по объему жидкости, просочившейся только через поры образца-кубика 1, ориентированного пропускать жидкость только вдоль залегания пород пласта. На фиг.1, б) отражена проекция половины устройства с образцом на горизонтальную плоскость Н. На нем видно, что дисковые крышки 6 имеют диаметр равный диаметру цилиндрической корпуса-втулки 4. Из проекции видно, что крышки 6 стягиваются болтами 3 к граням образца 1 и торцам корпуса-втулки 4. Одна из крышек 6 имеет отверстия для выводов патрубков эластичных камер 5 и патрубка по центру для проницаемой жидкости. На проекции видно, что патрубки все сообщающе объединены общей трубкой идущей к насосу. На крышке противоположной стороны устройства (не приведенной на фиг.1) имеется только центральное отверстие с патрубком для приема просочившейся жидкости для определения проницаемости породы. На фиг.2 приведено наглядное изображение устройства с испытываемым на проницаемость образцом внутри. На фиг.2 показана удаленность 3 части в разрезе. Образец 1 находится внутри устройства с цилиндрической корпусом-втулкой 4 и дисковыми крышками 6. Болты 3 проходят насквозь через устройство и касаются внутренней поверхности цилиндрической корпуса-втулки 4. Болты 3 на концах имеют резьбу и гайки для стягивания крышек 6 к поверхностям образца и торцам корпуса-втулки 4. Внутри устройства находятся на сторонах четырех граней образца эластичные камеры 5, которые предназначены обжимать образец 1 и ликвидировать все щели и зазоры вокруг образца, чтобы просачивалась жидкость только через поры образца. (Упругая эластичная полоса под эластичными камерами 5 на фиг.2 не приведена). На фиг.2 отражены отверстия 7 для прохождения болтов 3 в касание с внутренней поверхностью цилиндрической корпуса-втулки 4. На фиг.2 также видны патрубки камер 5,выведенные через дисковую крышку 6, их объединение сообщающейся общей трубкой и направления к насосам. Сборка устройства с образцом осуществляется следующим образом. Устанавливают на круглую дисковую крышку 6 имеющую отверстия для выводов патрубков камер 5, через которые выведены и сообщающе соединены общей трубкой камеры 5 и патрубка центрального для проницаемой жидкости. Болты 3 при этом на стороне крышки 6 снабжены гайками и пропущены через отверстия крышки 6. Пустые (спущенные) камеры 5 при этом позволяют вставить кубиковый образец 1 с эластичной полосовой обверткой 2 между болтами 3. После этого устанавливают вторую круглую дисковую крышку 6, пропустив концы болтов 3 через ее отверстия. В конце сборки через концевые гайки болтов 3 крышки стягиваются к образцу и торцам корпуса-втулки 4. После создания соответствующего высокого давления в обжимающих камерах 5 приступают к продавливанию жидкости через поры образца. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1.Способ определения проницаемости горных пород нефтегазового пласта, заключающийся в том,что керновый образец помещают в отверстии тороидальной эластичной упругой камеры, на торцевые концы керна вдевают эластичные упругие защитные шайбы, и керн вместе с упругими элементами вставляют в металлическую корпусвтулку, торцы которой через ее фланцевый венец болтами стягивают совместно с парами металлической прокладки и крышки, в торцевых прокладках выполняют множество отверстий,центральные из которых для входа под давлением в керн и выхода из него проницаемой жидкости выполняют с патрубками для подвода жидкости к торцу керна и вывода жидкости к расходомеру, в тороидальную камеру закачивают жидкость для создания давления на боковую поверхность керна, с целью ликвидации просачивания жидкости вдоль поверхности кернового образца, отличающийся тем, что из керна, выбуренного из нефтегазового пласта скважиной, перпендикулярной или под малым углом к плоскости залегания пласта, готовят кубиковый образец с ребром а 2 , гдерадиус керна отмечают верхнюю и нижнюю грани куба, как направление бурения, определяют проницаемость образца вдоль залегания пород пласта, для этого кубиковый образец обвертывают одним слоем полосового эластичного упругого материала с толщиной 0,5-1,0 см, покрывающим верхнюю, нижнюю и две боковые грани, с длиной полосы, равной 4 а (или 4 2 ), а шириной, равной ребру а кубикового образца, над этой эластичной полосой, напротив каждой грани кубикового образца размещают эластичную камеру с толщиной стенок 0,5-1,0 см, далее кубиковый образец с эластичными элементами помещают в цилиндрическую толстостенную кольцевую металлическую корпус-втулку с высотой, равной ребру а кубикового образца, при этом через две открытые боковые грани образца, параллельные поперечному сечению пласта, продавливают жидкость и определяют проницаемость пород пласта, используя дисковые торцевые крышки,имеющие диаметр, равный диаметру корпусавтулки, и патрубки для закачивания жидкости и сборки ее при просачивании через образец,стянутые между собой и к двум открытым граням образца болтами. 2. Устройство для определения проницаемости горных пород по жидкости, содержащее трубчатую корпус-втулку, в отверстии которой установлена эластичная тороидальная камера для вставления керна в ее отверстие и обжатия боковой поверхности образца под давлением торцевые приспособления для вводимой в образец и выводимой из него жидкости, торцы корпуса-втулки через венец стянуты болтами к торцевым крышкам,имеющим вводные и выводные патрубки для вводимой в образец и выводимой из него жидкости,отличающееся тем, что корпус-втулка и торцевые крышки приспособлены к размерам выпиливаемого образца-кубика, имеющего ребро а 2 , гдерадиус керна, равный одному из размеров 4,5 4,0 3,5 и 2,3 см, для этого корпус-втулка и дисковые крышки выполнены с одинаковыми внешними диаметрами внутренний диаметр корпуса-втулки выбран равным 2, где- диаметр болта- суммарная толщина слоя эластичной полосовой обвертки, болтов, пропущенных через отверстия крышек в касании с внутренней поверхностью корпуса-втулки и с помощью гаек стянутых к торцам корпуса-втулки и к граням образца,эластичная тороидальная камера выполнена в виде четырех мешковидных эластичных камер,размещенных над эластичной обверточной полоской над каждой обжимаемой гранью образца по одной,при этом патрубки камер выведены через отверстия одной из крышек и сообщены общей сообщающейся трубкой для закачивания жидкости в камеры.