Породы горные. Метод определения коэффициента абсолютной газопроницаемости при стационарной и нестационарной фильтрации

ГОСТ 26450.2-85

Группа А09

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ПОРОДЫ ГОРНЫЕ

Метод определения коэффициента
абсолютной газопроницаемости при
стационарной и нестационарной фильтрации

Rocks. Method for determination
of absolute gas permeability coefficient
by stationary and non-stationary filtration

ОКСТУ 0209

Срок действия с 01.07.86
до 01.07.91*
_______________________________
* Ограничение срока действия снято
по протоколу N 7-95 Межгосударственного Совета
по стандартизации, метрологии и сертификации
(ИУС N 11, 1995 год). - Примечание.

РАЗРАБОТАН Министерством геологии СССР, Министерством нефтяной промышленности, Министерством газовой промышленности

ИСПОЛНИТЕЛИ

В.И.Петерсилье, канд. г.-м. наук; Э.Г.Рабиц, канд. г.-м. наук; Л.А.Коцеруба, канд. г.-м. наук; А.Г.Ковалев, канд. г.-м. наук; Я.Р.Морозович, канд. г.-м. наук

ВНЕСЕН Министерством геологии СССР

Зам. министра В.Ф.Рогов

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 27 февраля 1985 г. N 424

Настоящий стандарт распространяется на горные породы, насыщенные в природных условиях нефтью, газом или водой, и устанавливает метод лабораторного определения коэффициента абсолютной газопроницаемости при стационарной и нестационарной фильтрации с линейным и радиальным направлением потока газа для получения информации о фильтрационных свойствах изучаемых пород.

Стандарт не распространяется на рыхлые горные породы.

Сущность метода заключается в определении постоянной (стационарной) или переменной (нестационарной) скорости фильтрации газа через образец горной породы в линейном или радиальном направлении под действием разности давлений. При стационарной фильтрации скорость определяется известным объемом газа, прошедшим через образец за фиксированный отрезок времени при постоянной разности давлений; при нестационарной фильтрации скорость также определяется известным объемом газа, прошедшим через образец за фиксированный отрезок времени, но при переменной разности давлений на входе и выходе из образца.

1. МЕТОД ОТБОРА ОБРАЗЦОВ

1. МЕТОД ОТБОРА ОБРАЗЦОВ

1.1. Метод отбора образцов - по ГОСТ 26450.0-85.

2. ОБОРУДОВАНИЕ, ИНСТРУМЕНТЫ И РЕАКТИВЫ

2.1. Оборудование, инструменты и реактивы - по ГОСТ 26450.0-85 "Породы горные. Отбор и подготовка образцов для определения коллекторских свойств. Общие требования" со следующим дополнением:

установка для определения абсолютной газопроницаемости при стационарной и нестационарной фильтрации (чертеж), конструкция которой предусматривает наличие источника давления или разрежения, регулятора давления, кернодержателя и измерителей давления и расхода газа и удовлетворяет следующим требованиям:

при стационарной фильтрации источником давления служит баллон с газообразным азотом или воздухом или компрессор сжатого воздуха. Газ очищают от паров воды и загрязняющей пыли с помощью фильтра и хлористого кальция;

измерителями давления служат технические или образцовые пружинные манометры, мановакуумметры двухтрубные с ртутным или водяным заполнением с длиной шкалы 800 мм, микроманометры;

в качестве измерителей расхода газа используют газомеры любых конструкций;

при нестационарной фильтрации источником разрежения служит вакуум-насос, источником давления (для пневмообжима) - баллон с газообразным азотом или воздухом или компрессор сжатого воздуха;

в качестве измерителя объема и изменения перепада давления используют однотрубный или двухтрубный пьезометр с известными характеристиками, расчет которых в виде таблицы коэффициентов представлен в обязательном приложении 3;

в кернодержателе для линейной фильтрации боковая поверхность образца зачехляется в тонкостенную резиновую манжету, прижимаемую к боковой поверхности образца под действием давления газа или жидкости, допускается использовать толстостенные резиновые конические муфты с внутренним цилиндрическим или квадратным отверстием для образца;

в кернодержателе для радиальной фильтрации уплотнению подлежат торцевые поверхности цилиндрического образца с осевым отверстием и плоскопараллельными торцами. Уплотняющими прокладками служат диски из мягкой листовой резины; в одной из прокладок предусмотрено отверстие для сообщения осевой полости образца с источником давления или разрежения.

Принципиальная схема установки для определения газопроницаемости

Принципиальная схема установки для определения газопроницаемости

1 - источник давления; 2 - редуктор высокого давления; 3 - редуктор низкого давления; 4 - осушитель газа;
5 - фильтр; 6 - трехходовой кран; 7 - манометр; 8 - кернодержатель; 9 - расходомер; 10 - пьезометр;
11 - вакуумный насос

3. ПОДГОТОВКА К АНАЛИЗУ

3.1. Образцы изготавливают из куска керна в лабораторных условиях путем его выбуривания, обрезания, обточки и шлифовки кернов.

3.2. Образцы высушивают в сушильном шкафу при температуре (105±2) °С. Для сильноглинистых пород сушку проводят в термовакуумных шкафах при температуре (70±2) °С.

3.3. Определяют размеры образцов штангенциркулем как среднее из 3-5 определений в каждом направлении с погрешностью до 0,1 мм. Расхождение между определениями не должно превышать 0,5 мм.

4. ПРОВЕДЕНИЕ АНАЛИЗА

4.1. Определение газопроницаемости при стационарной фильтрации проводят при линейном или радиальном направлении потока газа.

4.1.1. При линейном потоке образец цилиндрической или кубической формы помещают в резиновую манжету кернодержателя таким образом, чтобы зазор между боковой поверхностью образца и стенками манжеты был минимальным, допускающим перемещение образца в манжете. Создают давление бокового обжима, обеспечивающее отсутствие проскальзывания газа между образцом и манжетой, не выше 2,5 МПа, с помощью предусмотренной в аппарате гидро- или пневмосистемы. Давление обжима указывают в таблице результатов. С помощью редуктора устанавливают рабочий перепад давления, контролируя его по дифманометру или с помощью манометров до и после образца. Выполняют измерения при давлении после образца, равном атмосферному, контролируемому с помощью нульиндикатора. Выполняют 3-кратное измерение расхода газа через образец при различных перепадах давления в пределах 1·10-3·10 МПа.

4.1.2. При радиальном потоке образец помещают в кернодержатель радиальной фильтрации и уплотняют торцевые поверхности с помощью струбцинного зажима, устанавливая осевое давление, обеспечивающее отсутствие проскальзывания газа между образцом и торцевыми уплотнениями, не выше 2,5 МПа. Давление уплотнения указывают в таблице результатов. Измерение проницаемости выполняют в соответствии с п.4.1.1.

4.2. Определение газопроницаемости при нестационарной фильтрации проводят при линейном или радиальном направлении потока газа.

4.2.1. При линейном потоке образец устанавливают в кернодержатель в соответствии с п.4.1.1. Подключают к кернодержателю пьезометр и краном соединяют вход с малой трубкой. Выключают источник разрежения и, осторожно открывая вентиль, поднимают уровень воды в пьезометре на 15-20 мм выше верхнего репера. Проводят 3-кратное измерение времени изменения положения уровня жидкости в пьезометре от верхнего репера до выбранного промежуточного репера. Время изменения положения уровня жидкости устанавливают не менее 50 с. Если время до выбранного репера меньше указанного, переключают пьезометр на большую трубку и повторяют операции по п.4.2.1.

4.2.2. При радиальном потоке образец помещают в кернодержатель для радиальной фильтрации в соответствии с п.4.1.2. Измерение проницаемости выполняют в соответствии с п.4.2.1.

5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

5.1. При стационарной фильтрации результаты обмера образца, перепады давлений, расход газа, а также вязкость газа при температуре проведения опыта и барометрическое давление записывают в рабочий журнал или специальную перфокарту в соответствии с рекомендуемым приложением 1.

5.1.1. Коэффициент проницаемости для стационарной фильтрации при линейном потоке газа вычисляют по формуле

,

где - коэффициент газопроницаемости, измеренный при заданном среднем давлении в образце, 10 мкм (миллидарси);

- расход газа, замеренный на выходе из образца (при атмосферных условиях), см/с;

- объем газа, прошедший через образец, см;

- время фильтрации, с;

- вязкость газа при условиях фильтрации (, °C), МПа·с (миллипаскаль-секунда), численные значения в зависимости от температуры приведены в таблице;

- перепад давления на образце между входом и выходом, 0,1 МПа;

- барометрическое давление, 0,1 МПа;

- длина образца, см;

- площадь поперечного сечения образца, см.

Вязкость азота и воздуха в зависимости от температуры

Соотношения между единицами измерений в системе СИ и используемыми в практике при определении проницаемости приведены в справочном приложении 2.

5.1.2. При радиальном потоке коэффициент проницаемости вычисляют по формуле

,

где - внешний диаметр образца керна, см;

- внутренний диаметр центрального отверстия, см;

- высота исследуемого образца керна, см.

Остальные обозначения в соответствии с п.5.1.1.

5.2. При нестационарной фильтрации результаты обмера образца, вязкость воздуха при температуре проведения опыта, величину барометрического давления, а также используемые в процессе опыта размеры между реперами пьезометра и время фильтрации при изменении перепада давления между выбранными реперами записывают в рабочий журнал или специальную перфокарту в соответствии с рекомендуемым приложением 1.

5.2.1. Коэффициент проницаемости при нестационарной фильтрации и линейном потоке газа вычисляют по формуле

,

где - постоянный коэффициент, зависящий от геометрических размеров прибора и условий проведения опыта. Методика вычисления коэффициента изложена в обязательном приложении 3;

- время фильтрации в заданных пределах (выбранных реперах), с;

, - размеры образца в соответствии с п.5.

1.1.

5.2.2. При радиальном потоке коэффициент проницаемости вычисляют по формуле

,

где , , - размеры образца в соответствии с п.5.1.2. Остальные обозначения - в соответствии с п.5.2.1.

5.3. При измерении газопроницаемости возможны отклонения от закона Дарси, влияющие на величину . С целью исключения влияния отклонения выполняют специальные измерения по методике, изложенной в рекомендуемом приложении 4.

5.4. Допустимые погрешности измерения газопроницаемости не должны превышать максимальных погрешностей, расчет которых приведен в справочном приложении 5.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (рекомендуемое)

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Рекомендуемое

Таблица 1

Форма записи результатов при определении коэффициента абсолютной газопроницаемости
с примером записи результатов (стационарная фильтрация)

Таблица 2

Форма записи результатов при определении коэффициента абсолютной газопроницаемости
с примером записи результатов (нестационарная фильтрация)

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (справочное). РАЗМЕРНОСТЬ, ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ПРОНИЦАЕМОСТИ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Справочное

Размерность коэффициента проницаемости в системе единиц СИ выражается в м. В практике используют за основную единицу проницаемости 1 дарси, а также более мелкую единицу 1 миллидарси.

Для перевода используемых в практике единиц измерения при определении проницаемости в единицы системы СИ используют приведенные ниже соотношения:

________________
* На практике давление измеряют пружинными, ртутными или водяными манометрами. Для перевода в физические атмосферы пользуются следующими соотношениями:

1 кгс/см=0,967841 [атм. физ.]

1 мм рт.ст.=13,1579·10 [атм. физ.]

1 мм вод.ст.=0,967841·10 [атм. физ.].

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 (обязательное). ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА С ДВУХТРУБНОГО ПЬЕЗОМЕТРА, ПРИМЕНЯЕМОГО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТИ ПРИ НЕСТАЦИОНАРНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ

ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Обязательное

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ДВУХТРУБНОГО ПЬЕЗОМЕТРА,
ПРИМЕНЯЕМОГО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТИ
ПРИ НЕСТАЦИОНАРНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ

Величина является комбинированным коэффициентом пьезометра, зависящим от геометрических размеров аппарата (чертеж), барометрического давления и температуры. Значения коэффициента вычисляют для всех интервалов измерения по формуле:

,

где ;

;

- коэффициент, учитывающий опускание уровня в сосуде, в который погружен пьезометр;

- площадь сечения сосуда, см;

- площадь сечения пьезометрической трубки, см;

- высота столба воды, соответствующая барометрическому давлению, см вод.ст. Изменение величины практически не влияет на точность определения проницаемости, ввиду чего в расчетах можно принять =const (в общем случае =1000 см);

- отметка верхнего (начального) отсчетного репера пьезометрической трубки над уровнем воды, см;

- отметка текущего (конечного) отсчетного репера пьезометрической трубки над уровнем воды, см;

- отметка нулевого отсчетного репера пьезометрической трубки (уровень воды);

- высота капиллярного поднятия в пьезометрической трубке, см.

Принципиальная схема устройства двухтрубного пьезометра

Принципиальная схема устройства двухтрубного пьезометра

1 - кернодержатель радиальный; 2 - кернодержатель линейный; 3 - двухтрубный пьезометр;
4 - сосуд для жидкости

При малых радиусах трубки , где - капиллярная постоянная, равная для воды при комнатной температуре ~15·10 см, а - внутренний радиус трубки, см;

- объем между нижним торцом образца и верхним отсчетным репером (мертвый объем), см;

- вязкость воздуха в зависимости от температуры, дПа·с.

Оптимальной является конструкция аппарата со следующими размерами пьезометрических трубок:

диаметр малой трубки - 0,25-0,30 см;

диаметр большой трубки - 2,50 см;

малая трубка - =70 см, =65 см, =53 см, =5 см;

большая трубка =70 см, =53 см, =5 см.

Вычисления производят следующим

образом.

1. Определяют отметки реперов каждой трубки пьезометра - , , , относительно - путем измерения расстояния между репером и соответствующим отсчетным репером с точностью - 0,05 см.

2. Измеряют объемы трубок между реперами и и мертвый объем трубок репера до обреза свободного отвода крана путем взвешивания воды с известной плотностью, заполняющей измеряемый объем, с точностью 0,01 см.

3. Мертвый объем аппарата слагается из:

мертвого объема пьезометрических трубок - ;

объема соединительного трубопровода от пьезометра до кернодержателя - ;

мертвого объема кернодержателя - .

Объем известен из данных измерения. Объем вычисляется по длине и внутреннему диаметру соединительного трубопровода с погрешностью - 0,5 см. Объем вычисляют по результатам измерения длины и диаметра сверлений в кернодержателе и оценки объема полости под нижним торцом образца с точностью 0,5 см.

При определении коэффициентов для измерения проницаемости при радиальной фильтрации в объем включают объем центрального осевого отверстия в образце, исходя из средних значений диаметра и высоты сверления (наиболее принятые значения =1,0 см; =5,0 см).

Определение мертвого объема не требует высокой точности ввиду малого влияния этой величины на точность измерения проницае

мости.

4. Вычисляют площадь сечения трубок по определенным ранее объемам и расстоянию между реперами и (малая трубка) и и (большая трубка) с погрешностью - 0,02 см.

5. Вычисляют диаметр трубки с погрешностью - 0,01 см:

.

6. Площадь сечения сосуда вычисляют по размерам с погрешностью - 0,1 см.

7. Вычисляют коэффициент для каждого интервала большой и малой трубок последовательно по формулам, представленным в приложении 3.

8. Таблицу значений коэффициентов составляют для каждого предела измерения в зависимости от температуры, как это показано в таблице.

Таблица составлена по результатам градуировки реального пьезометра; при близких геометрических размерах используемого пьезометра к рекомендуемым, величины вычисленных коэффициентов должны иметь тот же порядок.

Таблица 1

Коэффициенты в зависимости от температуры воздуха

Продолжение