Диссертация (1173035), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Wilhelmy) [138, 164]. Модификацией метода Вильгельми являетсяметод одиночного волокна, который выполняется не на пластинках, а на одиночных волокнах или нитях. Другая модификация – метод поднятия по капилляру(метод Вашбурна (E. W. Washburn)), позволяющий проводить определение смачиваемости на порошках или пучках волокон [158].Классическим способом определения поверхностного натяжения являетсяметод кольца Дю Нуи (P. L. Du Noüy), который основан на измерении силы, необходимой для отрыва гидрофильного кольца с известной геометрией от поверхности жидкости [111]. Основной проблемой метода является необходимость введения поправок на прикладываемую силу вследствие дополнительного веса жидкости под кольцом; кроме этого, необходимо учитывать специфику геометриикольца.Существенным недостатком вышеперечисленных методов является использование шлифованных мономинеральных пластин, что не является представительным для горных пород, часто являющихся сложными смесями различных минералов (временами с включениями твердого органического вещества) с шероховатойискривленной поверхностью.
Также эти методы отличаются высокой трудоемкостью и не подходят для массовых исследований (кроме «лежащей капли»). Поэтим причинам в лабораторной практике при массовых исследованиях пользуются21методами, позволяющими оценить интегральную характеристику свойств поверхности.Кроме того, краевой угол смачивания можно определить из кривых капиллярного давления, полученных методом полупроницаемой мембраны или центрифугирования как по классическому уравнению Лапласа [32], так и методом двойной капилляриметрии в системе «вода-нефть» [4], а также из кривых относительных фазовых проницаемостей и/или критических значений водо- и нефтенасыщенности [30].Большой вклад в понимание распределения смачиваемости в масштабах пордает изучение поверхности, ее свойств и взаимодействия с флюидами методамимикротомографии, растровой электронной (РЭМ) или атомной силовой (АСМ)микроскопии, получившее интенсивное развитие в настоящее время.
Например,авторы [128] нашли связь адгезионных сил минералов с их краевым углом смачиваемости. Использование методов контрастирования жидкостей открыло новыевозможности для одновременного трехмерного изображения углеводородной,водной и твердой фаз при микротомографировании, в частности, для характеристики распределения фаз в естественно насыщенных кернах [130]. Для пород, обладающих порами с размерами меньшими, чем предел разрешения микротомографии, распределение жидких фаз и визуализация смачиваемости возможна методами РЭМ [131]. К сожалению, подобные исследования достаточно дорогостоящии трудоемки, вследствие чего на сегодняшний момент для массовых исследованийне подходят.1.2.Определение интегральных показателей смачиваемости1.2.1.
Методы ОСТ 39-180-85 и АмоттаПри лабораторном изучении смачиваемости чаще всего пользуются методами Тульбовича (ОСТ 39-180-85) и Амотта.Метод Тульбовича подробно описан в ОСТ 39-180-85. Проведение испытания включает в себя проведение следующих операций:221.Спонтанное вытеснение дистиллированной воды керосином в течение 20 часов;2.Принудительное вытеснение дистиллированной воды керосином методомцентрифугирования в течение 30 мин при факторе разделения, равном 2500;3.Спонтанное вытеснение керосина дистиллированной водой в течение 20 часов;4.Принудительное вытеснение керосина дистиллированной водой методомцентрифугирования в течение 30 мин при факторе разделения, равном 2500.Результатом испытания является показатель смачиваемости, являющийсяинтегральной характеристикой смачиваемости внутрипоровой поверхности поданным капиллярного впитывания воды и керосина в образец породы при атмосферных условиях и в гравитационном поле при центрифугировании, и равный[73]:=к,к(1.3)где к и к – объемы керосина, вытесненные в результате спонтанной пропитки иобщий объем вытесненного керосина соответственно.
По диапазону значений показателя смачиваемости поверхность пород характеризуется следующим образом(Таблица 1.2):Недостатком метода Тульбовича является ограничение по нижней границепроницаемости исследуемых пород в 10-2 мкм2, а также обязательное требованиеэкстракции, которая влияет на естественную смачиваемость породы. Также достаточно спорным является выбор дистиллированной воды в качестве одного из флюидов (как агрессивного агента в отношении набухающих глин), хотя нормативныйдокумент и допускает использование нефти, пластовой воды или ее модели и других растворов в качестве рабочих жидкостей. Однако наиболее значительным недостатком метода является искусственное начальное состояние образца: экстрагированный водонасыщенный.
В целом, метод, описываемый ОСТ 39-180-85, по-видимому, является упрощенной модификацией метода Амотта.23Таблица 1.2 – Характеристика смачиваемости поверхности пород по методуТульбовича [73]Диапазон значений показателя смачиваемости МХарактеристика поверхности пород0.0 ~ 0.20.2 ~ 0.4ГидрофобнаяПреимущественно гидрофобная0.4 ~ 0.6Промежуточной смачиваемости0.6 ~ 0.8Преимущественно гидрофильная0.8 ~ 1.0ГидрофильнаяСущность метода Амотта также заключается в комбинации спонтанного вытеснения смачивающей жидкостью и принудительного вытеснения несмачивающей, однако имеет существенные отличия [97, 109]. Так в начальным состоянииобразец содержит остаточную водонасыщенность и донасыщен нефтью, что, несомненно, ближе к реальному насыщению в пласте.
Сама процедура также состоитиз четырех этапов:1.Спонтанное вытеснение нефти водой в течение 20 часов;2.Динамическое вытеснение нефти водой методом центрифугирования;3.Спонтанное вытеснение воды нефтью в течение 20 часов;4.Динамическое вытеснение воды нефтью методом центрифугирования.Продолжительность выдержки (20 часов) является достаточно спорной иобуславливается скорее сокращением общего времени проведения эксперимента,нежели объективными причинами. Существуют исследования, убедительно доказывающие, что, когда смачиваемость образца нейтральна, этапы самопроизвольного вытеснения и дренирования могут продолжаться достаточно длительноевремя [98], поэтому их продолжительность должна подбираться индивидуально ккаждой коллекции образцов.Отдельно рассчитываются коэффициенты нефте- и водопоглощения: =,(1.4)24 =,(1.5)где , – объемы воды и нефти соответственно, вытесненные в результатеспонтанного пропитывания и , – суммарные объемы воды и нефти (вытесненные при пропитке и центрифугировании).
Гидрофильные породы имеют показатели = 0, > 0, в то время как гидрофобные породы обладают показателями > 0, = 0. При нейтральной смачиваемости отношения (1.4) и (1.5)равны.Д. Бонэ (D. Boneau) и Р. Клэмпит (R. Clampitt) дополнили метод Амотта расчетом комбинированного показателя смачиваемости Амотта-Харви [101]: = − = −, (1.6)который является разностью между коэффициентами водо- и нефтепоглощения иизменяется в пределах от –1 (полностью гидрофобный) до +1 (полностью гидрофильный).Основным недостатком метода Амотта является плохая чувствительность кнейтральной и смешанной смачиваемости так как при динамическом вытесненииохарактеризована только одна точка на кривой капиллярного давления.Рассмотренные выше методы удобны и просты в реализации, достаточноуверенно дают оценку смачиваемости в предельных значениях, однако в случаенейтральной или смешанной смачиваемости не позволяют охарактеризовать состояние поверхности пор, что является решительным их недостатком.1.2.2.
Метод Горного Бюро США (USBM)Горным бюро США (United States Bureau of Mines, USBM) был разработанметод определения смачиваемости, в котором образец керна центрифугируется соступенчато увеличивающейся скоростью. Сам метод был впервые описан Дональдсоном (E. Donaldson) [110], а физика и термодинамика происходящих про-25цессов обоснована Морроу (N. Morrow) [140].
В испытании USBM образец с неснижаемой водонасыщенностью донасыщается нефтью, а затем помещается в стакан лабораторной центрифуги, заполненный моделью пластовой воды. После нескольких циклов вращения с различной частотой образец достигает остаточнойнефтенасыщенности (вытеснение), после чего стакан центрифуги с образцом заполняется нефтью и вращается по той же схеме (дренирование). На каждом этапеиспытания контролируются количества выделившихся из образца флюидов истроятся кривые капиллярного давления при вытеснении и дренировании. На рисунке представлены кривые капиллярного давления при испытании USBM длягидрофильного, гидрофобного и нейтрально смачиваемого керна (Рисунок 1.7).Площади между каждой из кривых капиллярного давления и линией нулевого капиллярного давления являются мерой работы, совершаемой для вытеснения соответствующего флюида из керна.
За показатель смачиваемости USBM принимается логарифм отношения площади, связанной с повышением водонасыщенности, к площади, связанной с повышением нефтенасыщенности [110, 140]. = 2,1(1.7)где 2– площадь, ограниченная кривой капиллярного давления, соответствующейповышению водонасыщенности и линией нулевого капиллярного давления, 1 –площадь, ограниченная кривой капиллярного давления, соответствующей повышению нефтенасыщенности и линией нулевого капиллярного давления.Значения показателя USBM не ограничены, хотя чаще всего они лежат вдиапазоне от –1 до +1.Таблица 1.3 иллюстрирует взаимосвязь между значениями краевых углов ипоказателей смачиваемости по Амотту и USBM для различных типов смачиваемости.26Рисунок 1.7 – Кривые капиллярного давления при испытании методом USBMкернов с различными типами смачиваемости: A – гидрофильным,B – гидрофобным, C – нейтральным [по 110]Таблица 1.3 – Приблизительные зависимости между краевыми углами ипоказателями смачиваемости, полученными различными методами [135]ГидрофильныйНейтральныйГидрофобныйМинимальный0°От 60° до 75°От 105° до 120°МаксимальныйОт 60° до 75°От 105° до 120°180°Индекс USBMW ~ +1W~0W ~ –1Краевой угол27ГидрофильныйНейтральныйГидрофобныйПоложительный0000ПоложительныйОт +0.3 до +1.0От –0.3 до +0.3От –1.0 до –0.3Тест АмоттаКоэффициентводопоглощенияКоэффициентнефтепоглощенияИндекс Амотта-Харви1.2.3.
Комбинированный метод Амотт-USBMЗначение показателя смачиваемости Амотта-Харви около нуля может бытьполучено как следствие того, что керн не пропитывается ни водой, ни нефтью, таки как следствие того, что он поглощает равновеликие объемы воды и нефти. Особенно этот эффект заметен в низкопроницаемых породах. Показатель USBM однозначно разрешает проблему чувствительности нейтральной смачиваемости, ноне может определить ее однородность. В то же время положительные значениякоэффициентов нефте- и водопоглощения могут указать на неоднородность смачиваемости [79]. Поэтому результаты комбинированного метода Амотт-USBMлучше описывают гетерогенную систему. Также данный метод применим для пород с коэффициентами проницаемости ниже 10-3 мкм2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
