Выполнение работы. 1. Для исследования берется цилиндрический образец диаметром около 30 мм и длиной не менее 25 мм

1. Для исследования берется цилиндрический образец диаметром около 30 мм и длиной не менее 25 мм. Штангенциркулем измеряют диаметр и длину образца в пяти сечениях с точностью до 0,02 см и определяют среднеарифметические величины.

2. Цилиндрический образец помещают в резиновую манжету кернодержателя (8) таким образом, чтобы зазор между боковой поверхностью образца и стенками манжеты был минимальным.

3. Исследования будут проводиться для трех различных газов, с начала по Гелию (Не), потом по Воздуху (О₂+N₂) и Углекислому газу (СО₂) на нескольких депрессиях по каждому. Дальнейшая экстраполяция полученных кривых в бесконечное обратное среднее давление позволит получить эквивалентную гидравлическую проницаемость или проницаемость по жидкости. Сначала подключается баллон с Гелием.

4. Создают давление бокового обжима, обеспечивающее отсутствие проникновения (проскальзывания) газа между образцом и манжетой не выше 2,5 МПа (оптимальное 1,3 – 1,5 МПа) с помощью предусмотренной в аппарате пневмосистемы (9). Давление обжима заносят в таблицу результатов.

5. С помощью редуктора (3) устанавливают рабочий перепад давления, контролируемый манометрами. 100 ºС

6. Измерение расхода газа производится с помощью отсчета времени прохождения мыльного пузыря через определенный объем градуированной трубки (10), установленной на выходе из образца и соединенной с атмосферным давлением. Оптимально одно измерение должно продолжаться около 30 – 90 секунд, что обеспечивает минимальную погрешность замеров. Однако в случае сильно проницаемых или непроницаемых пород временной интервал может быть сдвинут, соответственно, в ту или иную сторону, что должно быть отражено в результирующей таблице.

7. Измерение расхода газа через образец выполняются 3 раза при различных перепадах давления в пределах 0,1 – 0,2 МПа. По окончанию измерений кран на баллоне (1) закрывают, а баллон отсоединяют. Подключают следующий баллон с Воздухом и повторяют пункты с 4 по 7. После чего проводят эксперимент для Углекислого газа, после чего закрывают все краны на аппаратуре и извлекают образец керна из кернодержателя.

8. Для каждого газа и на каждой депрессии определяется коэффициент абсолютной газопроницаемости пород по формуле (1.25), которая определяется в соответствии с линейным законом фильтрации Дарси:

(1.25)

где k – коэффициент газопроницаемости, мД; V – объем газа, прошедшего через образец, см³; t – время прохождения газа, с; μ; – вязкость газа в рабочих условиях, мПа∙с; ∆Р – перепад давления на образце между входом и выходом; МПа; Р_атм – атмосферное давление, 0,1 МПа; L – длина образца, см; А – площадь поперечного сечения образца, см².

9. Также для каждого газа и на каждой депрессии рассчитывается обратное среднее давление по формуле:

(1.26)

где Р_ср =(Р_вх+Р_вых)/2 – среднее давление эксперимента.

Из-за эффекта Клинкенберга измеренные значения проницаемости образцов по газу выше абсолютных значений по жидкости. Клинкенберг обнаружил, что если измерить проницаемость по газу на нескольких давлениях и построить график зависимости проницаемости от обратной величины среднего давления, то экспериментальные точки лягут на прямую. Если эту линию экстраполировать на точку 1/Р_обр.ср=0 (бесконечное давление), отсекаемый ею на оси ординат отрезок будет представлять собой абсолютную проницаемость, эквивалентную гидравлической проницаемости по жидкости.

10. Результаты исследования заносятся в таблицу 1.17.

11. По расчетным данным проницаемости и обратного среднего давления строится график зависимости «проницаемость – обратное среднее давление», на котором путем экстраполяции полученных кривых находим точку k_ж, которую называют эквивалентной гидравлической проницаемостью или проницаемостью по жидкости (рис 1.4).

Таблица 1.17 – Результаты исследования

Параметры исследований	обозначение	значение
Диаметр образца, см	D
Высота образца, см	L	2,5
Площадь поперечного сечения образца, см2	А= πd2/4	7,065
Атмосферное давление, МПа	Ратм	0,1
Давление на выходе из образца, МПа	Рвых	0,1
Давление обжима, МПа	Роб
Параметры исследований	Газ
Гелий, Не	Воздух, (О2+N2)	Углекислый газ, СО2
Молекулярная масса	4,003	28,96	44,01
Вязкость при атмосферном давлении и температуре 20 ºС, мПа∙с	0,0196	0,0182	0,0144
1 эксперимент
Время прохождения газа через образец, с
Объем газа, прошедшего через образец, см3
Давление на входе Рвх, МПа	0,2	0,2	0,2
Проницаемость, мД	308,25	200,36	113,23
Обратное среднее давление 1/Рср, 1/МПа	6,67	6,67	6,67
2 эксперимент
Время прохождения газа через образец, с
Объем газа, прошедшего через образец, см3
Давление на входе Рвх, МПа	0,3	0,3	0,3
Проницаемость, мД	254,31	177,11	110,40
Обратное среднее давление 1/Рср, 1/МПа
3 эксперимент
Время прохождения газа через образец, с
Объем газа, прошедшего через образец, см3
Давление на входе Рвх, МПа	0,4	0,4	0,4
Проницаемость, мД	225,02	160,29	108,70
Обратное среднее давление 1/Рср, 1/МПа
	Обозначение	Значение
Проницаемость по жидкости, мДа	kж

 

Рисунок 1.4 – Корректировка проницаемости по газу для получения проницаемости по жидкости

 

Упражнение 1.9. Определить абсолютную гидравлическую проницаемость. Во время исследования через образец прокачивали только гелий. Всего проводилось три эксперимента с давлением на входе 0,2, 0,3 и 0,4 МПа и давлением на выходе во всех случаях 0,1 МПа. Остальные исходные данные задачи представлены в таблице 1.17, за исключением «объема газа, прошедшего через образец». Это параметр по вариантам представлен в таблице 1.18. Также по расчетным данным проницаемости и обратного среднего давления построить график зависимости «проницаемость – обратное среднее давление», на котором экстраполяцией определить проницаемость по жидкости.

 

Таблица 1.18 – Исходные данные к упражнению 1.9

Вариант	Объем Гелия, прошедшего через образец с давлением на входе, см3
0,20 МПа	0,3 МПа	0,4 МПа