RU2781042C1 - Method for determining the elastic properties of rocks of different saturation of core samples of gas fields - Google Patents
Method for determining the elastic properties of rocks of different saturation of core samples of gas fields Download PDFInfo
- Publication number
- RU2781042C1 RU2781042C1 RU2021139649A RU2021139649A RU2781042C1 RU 2781042 C1 RU2781042 C1 RU 2781042C1 RU 2021139649 A RU2021139649 A RU 2021139649A RU 2021139649 A RU2021139649 A RU 2021139649A RU 2781042 C1 RU2781042 C1 RU 2781042C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water saturation
- sample
- gas
- elastic
- water
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 24
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 16
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 7
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 6
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 abstract 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 238000002788 crimping Methods 0.000 description 3
- 238000003339 best practice Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000008398 formation water Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229920006300 shrink film Polymers 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области лабораторных исследований статических упругих характеристик образцов горных пород, проведение которых необходимо для оценки влияния процессов заводнения при разработке месторождений.The invention relates to the field of laboratory studies of static elastic characteristics of rock samples, which is necessary to assess the impact of flooding processes in the development of deposits.
В поровом пространстве горной породы газового коллектора при полном его заполнении содержится газ и остаточная вода, оцениваемая коэффициентом остаточной водонасыщенности. В этом случае считается, что газ заполняет все возможное поровое пространство.In the pore space of the rock of the gas reservoir, when it is completely filled, it contains gas and residual water, which is estimated by the coefficient of residual water saturation. In this case, it is assumed that the gas fills all possible pore space.
В процессе разработки месторождения уровень газо-водяного контакта поднимается и поровое пространство заполненное газом частично замещается пластовой водой, вследствие чего происходит упругих и прочностных свойств, что может привести к ее разрушению в призабойной зоне пласта и пескопроявлениям, а также иным последствиям.In the process of field development, the level of gas-water contact rises and the pore space filled with gas is partially replaced by formation water, as a result of which elastic and strength properties occur, which can lead to its destruction in the bottomhole formation zone and sanding, as well as other consequences.
В существующей практике исследования упругих характеристик проводят на образцах с естественным насыщением либо 100% насыщенных флюидом (вода, керосин и др.), при этом оценка текущей водонасыщенности образцов принимается по данным исследований соседних образцов (кроме 100% водонасыщенных) [МакФи К., Рид Дж., Зубизаретта И. «Лабораторные исследования керна: гид по лучшим практикам» - М. - Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2018. (стр. 756-757, стр. 551-555)].In current practice, studies of elastic characteristics are carried out on samples with natural saturation or 100% saturated with fluid (water, kerosene, etc.), while the assessment of the current water saturation of the samples is taken from the data of studies of neighboring samples (except for 100% water-saturated ones) [McPhee K., Reed J., Zubizaretta I. "Laboratory core research: a guide to best practices" - M. - Izhevsk: Institute for Computer Research, 2018. (pp. 756-757, pp. 551-555)].
Наиболее предпочтительными считаются 2 основных способа создания остаточной водонасыщенности в образцах для проведения геомеханических тестов, а именно метод полупроницаемой мембраны в групповом капилляриметре или в индивидуальном капилляриметре [МакФи К., Рид Дж., Зубизаретта И. «Лабораторные исследования керна: гид по лучшим практикам» - М. - Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2018 (стр. 756-757, стр. 551-555)]. При этом в обоих случаях при извлечении из приборов в образцах может изменяться текущая водонасыщенность под воздействием атмосферных условий.The most preferred are 2 main methods for creating residual water saturation in samples for geomechanical tests, namely the method of a semipermeable membrane in a group capillarimeter or in an individual capillarimeter [McPhee C., Reid J., Zubizaretta I. "Laboratory core research: a guide to best practices" - M. - Izhevsk: Institute for Computer Research, 2018 (pp. 756-757, pp. 551-555)]. At the same time, in both cases, when removing from the devices, the current water saturation in the samples can change under the influence of atmospheric conditions.
Технической проблемой является разработка способа создания необходимой водонасыщенности образца непосредственно в кернодержателе установки для геомеханического тестирования.The technical problem is to develop a method for creating the required water saturation of the sample directly in the core holder of the geomechanical testing facility.
Технический результат заявляемого решения заключается в возможности создания определенной водонасыщенности (Кв) образца горной породы с последующим расчетом объемным методом, путем учета объема вышедшей жидкости из первоначального объема порового пространства, без извлечения его и мембраны из кернодержателя установки, с последующим проведением геомеханических исследований (определение статических упругих характеристик).The technical result of the proposed solution lies in the possibility of creating a certain water saturation (Kw) of a rock sample with subsequent calculation by the volumetric method, by taking into account the volume of fluid released from the initial volume of the pore space, without extracting it and the membrane from the core holder of the installation, followed by geomechanical studies (determination of static elastic properties).
Указанный технический результат достигается тем, что для создания водонасыщенности предполагается использование модернизированной нижней плиты нагружения в составе кернодержателя установки для проведения геомеханических исследований, конструкция которой включает место под полупроницаемую мембрану и сквозного отверстия гидравлической линии с подключением к насосу для оценки выделившейся воды.This technical result is achieved by the fact that to create water saturation, it is supposed to use a modernized lower loading plate as part of the core holder of the installation for geomechanical studies, the design of which includes a place for a semi-permeable membrane and a through hole of a hydraulic line with a connection to a pump for evaluating the released water.
В предлагаемом способе, перед проведением геомеханического теста (по определению статических упругих характеристик) на образце горной породы, создают водонасыщенность методом полупроницаемой мембраны непосредственно в кернодержателе геомеханической установки. Далее, в этом же кернодержателе, на каждой ступени давления газа проводят эксперимент по определению статических упругих характеристик, без извлечения образца горной породы и мембраны.In the proposed method, before conducting a geomechanical test (to determine the static elastic characteristics) on a rock sample, water saturation is created by the method of a semi-permeable membrane directly in the core holder of the geomechanical installation. Further, in the same core holder, at each stage of gas pressure, an experiment is carried out to determine the static elastic characteristics, without extracting a rock sample and a membrane.
Особенностью заявленного изобретения является способ оценки статических упругих характеристик при текущем значение Кво с учетом сжимаемости образца горной породы при размещении его в кернодержателе установки при пластовом давлении и пластовой температуре.A feature of the claimed invention is a method for assessing static elastic characteristics at the current value of Kvo, taking into account the compressibility of the rock sample when placed in the core holder of the installation at reservoir pressure and reservoir temperature.
Сущность изобретения заключается в том, что после полного насыщения образца водой (Кв=100%), с помощью полупроницаемой мембраны, помещенной в нижнюю плиту нагружения и ступенчатого нагнетания газа при давлении до 1,5 МПа создают различную водонасыщенность (Кв) и оценивают упругие характеристики при текущей водонасыщенности.The essence of the invention lies in the fact that after the sample is completely saturated with water (Kv = 100%), using a semi-permeable membrane placed in the lower loading plate and stepwise injection of gas at a pressure of up to 1.5 MPa, different water saturations (Kv) are created and elastic characteristics are evaluated at the current water saturation.
Устройство представляет собой нижнюю плиту разрушения кернодержателя установки с углублением (на поверхности контакта с образцом) для полупроницаемой мембраны, и отдельным гидравлическим сквозным отверстием/выходом, проходящей сквозь предлагаемую конструкцию. Гидравлический выход предназначен для движения воды через мембрану, во время создания водонасыщенности.The device is a lower plate for the destruction of the core holder of the installation with a recess (at the contact surface with the sample) for a semi-permeable membrane, and a separate hydraulic through hole/outlet passing through the proposed design. The hydraulic outlet is designed to move water through the membrane while creating water saturation.
Предложенное техническое решение иллюстрируется фигурами.The proposed technical solution is illustrated by figures.
На фиг. 1 представлен график зависимости статических упругих характеристик от водонасыщенности.In FIG. 1 shows a graph of the dependence of static elastic characteristics on water saturation.
На фиг. 2 представлен вид плиты нагружения в разрезе, где цифрами обозначено: 1 - место (углубление) под полупроницаемую мембрану диаметром 30 мм (при использовании образца диаметром 38 мм (1,5'')); 2 - канал (гидравлическая линия) для выхода воды при создании водонасыщенности; 3 - корпус.In FIG. 2 shows a sectional view of the loading plate, where the numbers indicate: 1 - a place (recess) under a semi-permeable membrane with a diameter of 30 mm (using a sample with a diameter of 38 mm (1.5'')); 2 - channel (hydraulic line) for water outlet when creating water saturation; 3 - body.
На фиг. 3 представлен общий вид устройства.In FIG. 3 shows a general view of the device.
На фиг. 4 - общий вид устройства в сборке с образцом горной породы, термоусадочной трубкой и торцевыми плунжерами.In FIG. 4 is a general view of the device assembled with a rock sample, a heat shrink tube and end plungers.
Способ осуществляют следующим образом.The method is carried out as follows.
Цилиндрический образец горной породы 4 (фиг. 4), подготовленный в соответствии с ГОСТ 26450.0 диаметром 38 мм с отношением длины образца к его диаметру равным 2,0, предварительно проэкстрагированный, высушенный и 100% водонасыщенный, помещают в термоусадочную трубку 5 (фиг. 4), на торцах образца устанавливают верхнюю и нижнюю плиты нагружения 3.1 и 3.2 (фиг. 4). Термоусадочная пленка 5 (фиг. 4) предназначена для изоляции образца от жидкости создания обжимного давления. В нижней плите нагружения в углублении расположена полупроницаемая мембрана 1 (фиг. 4). Далее производят монтаж датчиков продольных и поперечных деформаций. Собранную конструкцию помещают в камеру прочности 10 (фиг. 5) установки по исследованию геомеханических свойств горных пород. Далее производят присоединение гидравлических линий и коннекторов датчиков и их настройка. Производят заполнение камеры прочности жидкостью обжима и создание обжимного давления с помощью насоса 6 (фиг. 5) равному 1,0 МПа для достижения плотного прилегания термоусадочной трубки. С помощью насоса противодавления 7 (фиг. 5) при перепаде не более 0,5 МПа производят фильтрацию через нижнюю плиту разрушения 3.2 (фиг. 5) до появления жидкости на выходе запорного вентиля (крана) 9 (фиг. 5). Запорный вентиль закрывают, после чего создают первоначальные термобарические условия, а именно поровое давление, обжимное давление и температуру.Cylindrical rock sample 4 (Fig. 4), prepared in accordance with GOST 26450.0 with a diameter of 38 mm with a sample length to diameter ratio of 2.0, pre-extracted, dried and 100% water-saturated, is placed in a heat shrink tube 5 (Fig. 4 ), at the ends of the sample, the upper and lower load plates 3.1 and 3.2 are installed (Fig. 4). Shrink film 5 (Fig. 4) is designed to isolate the sample from the liquid to create crimping pressure. A
Для этого производят увеличение обжимного и порового давлений до величины порового давления равного 10 МПа, при этом величина обжимного в процессе увеличения всегда должна быть выше порового давления на 1 МПа. Таким образом, на первом этапе величина порового давления составляет 10 МПа, а обжимное давление 11 МПа. После стабилизации значений порового и обжимного давлений, а также датчиков измерения деформации, производят нагрев камеры прочности до необходимой температуры, при этом с помощью насосов поддерживают постоянные значения порового и обжимного давления.To do this, the crimp and pore pressures are increased to a pore pressure of 10 MPa, while the crimp value during the increase should always be 1 MPa higher than the pore pressure. Thus, at the first stage, the pore pressure is 10 MPa, and the crimp pressure is 11 MPa. After stabilization of the values of the pore and crimp pressures, as well as strain measurement sensors, the strength chamber is heated to the required temperature, while using pumps, constant values of the pore and crimp pressure are maintained.
При достижении стабильных значений температуры, порового и обжимного давлений производят плавное увеличение обжимного давления до необходимой величины, при этом скорость увеличения должна быть такой, чтобы при вытеснении жидкости из образца не происходило значительного увеличения порового давления, т.е. поровое давление должно составлять не более 10,5 МПа. В процессе увеличения обжимного давления производят контроль порового давления и температуры, а также фиксируют количество вытиснившейся жидкости. Количество вытиснившейся жидкости необходимо для расчета объема порового пространства в образце при термобарических условиях.When stable temperatures, pore and crimp pressures are reached, the crimp pressure is gradually increased to the required value, while the rate of increase should be such that when the liquid is displaced from the sample, there is no significant increase in pore pressure, i.e. the pore pressure should not exceed 10.5 MPa. In the process of increasing the swaging pressure, the pore pressure and temperature are controlled, and the amount of the squeezed-out liquid is recorded. The amount of liquid squeezed out is necessary to calculate the volume of the pore space in the sample under thermobaric conditions.
Далее определяют статические упругие характеристики, путем создания осевой нагрузки и оценки осевой и радиальной деформации образца, при этом поровое и обжимное давление, температуру поддерживают постоянными. Также необходимо соблюсти условие - величины осевой нагрузки должны находиться в области упругих деформаций без перехода в зону пластических деформаций. Далее необходимо уменьшить величину осевой нагрузки до первоначального значения.Next, static elastic characteristics are determined by creating an axial load and evaluating the axial and radial deformation of the sample, while the pore and crimp pressure, temperature are maintained constant. It is also necessary to observe the condition - the values of the axial load must be in the area of elastic deformations without transition to the zone of plastic deformations. Next, you need to reduce the value of the axial load to the original value.
С помощью редуктора газового баллона 8 (фиг. 5) создают давление в линии подачи газа 11 (фиг. 5). Давление газа должно составлять в диапазоне от 10,1 до 11,5 МПа, т.е. больше порового давления, но не более 1,5 МПа дифференциального давления (ограничение мембраны 1 (фиг. 5)). Открывают запорный вентиль, начинают процесс вытеснения воды газом (создание водонасыщенности), при этом с помощью насоса противодавления фиксируют количество вытиснившейся жидкости. При первичном процессе вытеснения жидкости газа необходимая водонасыщенность достигается путем контроля необходимого количества вытесненной жидкости, которое можно предварительно оценить, зная объем порового пространства в термобарических условиях и объем жидкости в линии до образца:Using the gas cylinder reducer 8 (Fig. 5), pressure is created in the gas supply line 11 (Fig. 5). The gas pressure should be in the range from 10.1 to 11.5 MPa, i.e. more than the pore pressure, but not more than 1.5 MPa of differential pressure (limitation of the membrane 1 (Fig. 5)). The shut-off valve is opened, the process of displacing water with gas (creating water saturation) is started, while using a counter-pressure pump, the amount of liquid squeezed out is fixed. In the primary process of liquid gas displacement, the required water saturation is achieved by controlling the required amount of displaced liquid, which can be estimated in advance, knowing the volume of the pore space under thermobaric conditions and the volume of liquid in the line to the sample:
где Vж1 - необходимое количество вытесненной жидкости для достижения необходимой водонасыщенности, см3;where V W1 - the required amount of displaced fluid to achieve the required water saturation, cm 3 ;
Vп - объем порового пространства в термобарических условиях, см3;V p - the volume of the pore space in thermobaric conditions, cm 3 ;
S1 - необходимая водонасыщенность, д.е.;S 1 - required water saturation, d.u.;
Vжл _ объем жидкости в линии до образца, см3.V l _ the volume of liquid in the line to the sample, cm 3 .
Далее аналогично 100% водонасыщенности определяют статические упругие характеристики.Further, similarly to 100% water saturation, static elastic characteristics are determined.
В дальнейшем проводят серию аналогичных этапов (порядка 3-5), при этом необходимое количество вытесненной жидкости для достижения необходимой водонасыщенности определяют по формуле:Subsequently, a series of similar stages is carried out (of the order of 3-5), while the required amount of displaced liquid to achieve the required water saturation is determined by the formula:
где Vж1 - необходимое количество вытесненной жидкости для достижения необходимой водонасыщенности, см3;where V W1 - the required amount of displaced fluid to achieve the required water saturation, cm 3 ;
Vп - объем порового пространства в термобарических условиях, см3;V p - the volume of the pore space in thermobaric conditions, cm 3 ;
S1 - необходимая водонасыщенность, д.е.S 1 - required water saturation, d.u.
Последняя точка водонасыщенности достигается при дифференциальном давлении равным 1,5 МПа (ограничение мембраны), таким образом достигается минимальное значение водонасыщенности Кво (остаточная водонасыщенность).The last water saturation point is reached at a differential pressure of 1.5 MPa (membrane limitation), thus reaching the minimum water saturation Kvo (residual water saturation).
Конечным результатом проведенных тестов будет график зависимости статических упругих характеристик от водонасыщенности (фиг. 1).The end result of the tests carried out will be a graph of the dependence of static elastic characteristics on water saturation (Fig. 1).
Claims (11)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2781042C1 true RU2781042C1 (en) | 2022-10-04 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1698718A1 (en) * | 1986-12-01 | 1991-12-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Геофизических Методов Разведки | Method of determining residual water saturation of specimens of rock |
SU1732234A1 (en) * | 1989-02-24 | 1992-05-07 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин | Instrument for determining the moisture content of rock samples |
US6076395A (en) * | 1998-02-05 | 2000-06-20 | The United States Army Corps Of Engineers As Represented By The Secretary Of The Army | Constant stress diffusion cell with controllable moisture content |
RU2184363C2 (en) * | 2000-07-12 | 2002-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ТюменНИИгипрогаз" | Method for evaluating residual oil saturation ratio of loose rock |
CN109632569A (en) * | 2019-01-24 | 2019-04-16 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | Method and device for determining influence of external gas and moisture on desorption effect of gas-containing coal particles |
RU2748021C1 (en) * | 2020-10-07 | 2021-05-18 | Публичное акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" (ПАО "НК "Роснефть") | Method for creating residual water saturation on a weakly cemented core for conducting flow studies |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1698718A1 (en) * | 1986-12-01 | 1991-12-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Геофизических Методов Разведки | Method of determining residual water saturation of specimens of rock |
SU1732234A1 (en) * | 1989-02-24 | 1992-05-07 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин | Instrument for determining the moisture content of rock samples |
US6076395A (en) * | 1998-02-05 | 2000-06-20 | The United States Army Corps Of Engineers As Represented By The Secretary Of The Army | Constant stress diffusion cell with controllable moisture content |
RU2184363C2 (en) * | 2000-07-12 | 2002-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ТюменНИИгипрогаз" | Method for evaluating residual oil saturation ratio of loose rock |
CN109632569A (en) * | 2019-01-24 | 2019-04-16 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | Method and device for determining influence of external gas and moisture on desorption effect of gas-containing coal particles |
RU2748021C1 (en) * | 2020-10-07 | 2021-05-18 | Публичное акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" (ПАО "НК "Роснефть") | Method for creating residual water saturation on a weakly cemented core for conducting flow studies |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
МакФи К., Рид Дж., Зубизаретта И., "Лабораторные исследования керна: гид по лучшим практикам", М. - Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2018, с. 756-757, с. 551-555. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8024960B2 (en) | Method and device for evaluating flow parameters and electric parameters of porous medium | |
RU2558838C1 (en) | Modelling and estimating active storage capacity of underground gas storage in water-bearing fractured porous structures | |
RU2268364C2 (en) | Method and device to estimate physical underground bedding parameters by taking drill fines sample | |
CN111982783B (en) | A high temperature and high pressure unsteady equilibrium condensate oil and gas phase permeability test method | |
CN111042797B (en) | A simulation and evaluation system for oil and gas wellbore corrosion | |
US10732086B2 (en) | Device and method for measuring magnitude of seepage force and its influence on effective stress of formation | |
CN104977226B (en) | Rock density measurement method and rock density measuring device | |
CN113567315B (en) | Reservoir rock compression coefficient measurement experiment system and experiment method for multi-round injection and production process of gas storage | |
CN104849194A (en) | Triaxial seepage stress temperature creep coupling experimental device based on digital image | |
Lu et al. | Constant flow method for concurrently measuring soil-water characteristic curve and hydraulic conductivity function | |
CN108119132A (en) | Tight sandstone gas reservoir near-wellbore-zone radial seepage water saturation simulation device and method | |
CN107725046A (en) | The apparatus and method of capillary force during a kind of evaluation reservoir water | |
CN109946215A (en) | An in-situ coal gas adsorption test simulation device | |
WO2022262146A1 (en) | Experimental apparatus and method for simulating dynamics of hydrocarbon generation and expulsion in geological process | |
RU2781042C1 (en) | Method for determining the elastic properties of rocks of different saturation of core samples of gas fields | |
CN115200977B (en) | Core stress sensitivity evaluation device and method under high temperature and high pressure conditions | |
CN109915121B (en) | Method for determining critical condition of natural gas filling of tight sandstone gas reservoir | |
US12050168B2 (en) | Method for determining a matrix permeability of a subsurface formation | |
KR102099016B1 (en) | Apparatus for gas fracturing for enhancing rock permeability and evaluation method for enhancement of rock permeability using thereof | |
CN116539815B (en) | Device and method suitable for evaluating and optimizing working fluid of oil and gas reservoir | |
CN209784136U (en) | An in-situ coal gas adsorption test simulation device | |
CN107941619B (en) | A method for measuring effective stress coefficient of rock | |
CN116256237A (en) | System and method for dynamically detecting multi-scale crack activation state | |
CN113984531B (en) | Experimental method for researching influence of hydration on fracturing energy storage efficiency | |
RU2243372C1 (en) | Method for hydrodynamic examination of horizontal wells |