Лабораторные исследования керна

Размещено на http://www.allbest.ru/

В первой серии проведенных экспериментов исследовали условия воздействия на керновый материал высокой температуры (200-300⁰ С).

Для проведения исследований использованы образцы кернового материала, отобранные на Средне-Назымском месторождении из скважины №3000 и №3002, отобранными из интервала залегания баженовской свиты

Баженовская свита в интервале отбора керна сложена аргиллитами от тёмно - серого до чёрного цвета, слабоалевритистыми, плотными, массивными, отмечаются включения пирита, битума бурого цвета и органических остатков, на свежем сколе появлялся запах углеводорода. Также в небольшом количестве отобраны алевролиты глинистые, плотные, крепкие с редкими тонкими прожилками пирита с выделением газа. Определения фильтрационно - емкостных свойств различных типов пород, входящих в состав баженовской свиты, показали, что все они представляют собой образцы с пористостью в среднем около 10-12% и проницаемостью менее 0,1 мД. Лишь в редких случаях, когда в образце присутствуют трещины, значения пористости и проницаемости повышены.

На первом этапе экспериментального моделирования были поставлены задачи создания надежной экспериментальной техники, позволяющей обеспечивать в замкнутом объеме стационарное давление газовой среды до 30,0 МПа при температуре внутри объема до 300⁰С.

Методика проведения исследований

Исследованные образцы кернов представляли собой однородную тёмную твёрдую массу с плотностью 2,4 - 2,6 г/см³. Для экспериментов выбирали получавшиеся при разломе исходных образцов навески массой 10 - 15 г, которые могли состоять из одного, двух или нескольких кусков. Перед экспериментом производилось взвешивание навески и загрузка её в кернодержатель. Для дополнительного контроля производили отдельное взвешивание сетки и стакана, который находился внутри контейнера, а также суммарный вес сетки, стакана и навески до начала прогрева контейнера и после его окончания, когда стакан с содержимым вынимался из контейнера после окончания эксперимента и охлаждения. Количество жидкой фазы, полученной в результате эксперимента, определяли весовым методом с использованием весов ВЛР - 200.

Измерение давления газовой среды внутри контейнера проводили после эксперимента по нагреву навески. Для этого производили частичную разгерметизацию контейнера, при которой его объём соединяли с рабочим объемом манометра. Предварительными проведенными контрольными замерами было установлено, что объем контейнера, заполненный газовой средой, составляет 80 см³, рабочий объем манометра 40 см³. Таким образом, при соединении с манометром давление понижается и составляет 2/3 от исходного давления. Для определения исходного давления в контейнере следовало наблюдавшееся на манометре давление умножить на фактор 3/2.

При проведении экспериментов с внесением в контейнер воды, для моделирования процесса воздействия паров воды на кероге при высоких температурах, было необходимо учесть ряд факторов в связи с тем, что при 374⁰С имеет место критическое изменение параметров воды в связи с фазовым переходом в газовое состояние. Поскольку при температурах вблизи фазового перехода газовая среда более точно описывается уравнением Ван - дер - Вальса, зависимость давления паров воды от температуры находили расчетным путем, используя известные данные о константах b = 30,5 см³/моль и a = 5,55 атм•см⁶/моль², входящих в данное уравнение керн месторождение термодеструкция автоклав

Для используемых в уравнении размерностей ( Р в атм. и V в см³/моль ) численное значение газовой постоянной равно R^* = 84,75 атм•см³/моль град.

В расчетах находился конкретный вид зависимости Р = Р(Т) при заданных трех величинах V. В первом случае считалось, что в контейнер с объемом 80 см³ помещалось 6 г воды, т.е. количество воды составляло 1/3 моля. Отсюда нетрудно получить, что параметр V₁ = 80 : 1/3 = 240 см³/моль.

Во втором случае, когда добавленное количество воды равно 7,5 г, параметр V₂ = 192 см³/моль, а в третьем случае (при 9 г добавляемой воды) V₃ = 160 см³/моль. Полученные зависимости приведены на рис. 8.10. Видно, что при температурах 450 - 500⁰С в зависимости от добавленного количества воды в контейнере достигается давление паров воды порядка 20,0 - 29,0 МПа.

Поскольку во время экспериментов непосредственно внутри контейнера температура и давление не измерялись, необходимо было достаточно надежно отслеживать температуру в печи, не превышая 550⁰С, а также достаточно точно дозировать массу добавляемой в объем воды - не более 9 г.

Рисунок 1 Зависимость давления паров воды в камере от температуры при разных количествах воды, добавленной в камеру: 1 - 6 грамм, 2 - 7.5 грамм, 3 - 9 грамм.

Результаты и их обсуждение

Проведено три серии экспериментов с использованием семи образцов кернов Галяновского и Средне-Назымского месторождений. Результаты представлены в таблицах 8.6.2.3.1 - 8.6.2.3.2. Как следует из данных, приведённых в таблице 8.6.2.3.1, конверсия (потеря веса) образцом № 55 при температурах 300 и 400 ⁰С в атмосфере воздуха (таблица 8.6.2.3.1, опыт 1,2) составляет 1,3% и 10,4%, соответственно, что указывает на возможность термодеструкции в существенных количествах при температурах выше 300 ⁰С. При этом, при температуре 300⁰С, образуются преимущественно жидкие продукты (62,5%), а при 400 ⁰С - в основном газообразные - 75,0%.

Дальнейшее увеличение температуры (и, соответственно, давления) до 464⁰С (и 2,6 МПа) не привело к значительному увеличению степени превращения органической массы образца №55. Также не увеличило конверсию керогена добавление в реакционную систему воды (пара), хотя дало увеличение давления в системе до 20,0 МПа (таблица 8.6.2.3.1, опыт 6). Приведенные факты могут свидетельствовать, что полученные уровни конверсии керогена являются максимально возможными в данном диапазоне температур. Подтверждением сказанному служат результаты опыта в аргоне (таблица 8.6.2.3.1, опыт 4), когда при температуре 435 ⁰С уменьшение массы образца составило 11,8%, что близко к значениям 10,4, 10,8 и 11,1 в опытах 2, 3 и 6. Большие значения конверсии могут быть получены при более глубокой деструкции органической массы сланцев при температурах выше 500 ⁰С (см. раздел 8. 3 ).

Вместе с тем количество газообразных продуктов деструкции с увеличением температуры закономерно растет от 37,5% (при 300 ⁰С) до 87,8% (при 464⁰С), что соответственно снижает выход жидких углеводородов (нефти).

Таблица 1 Результаты термодеструкции образца сланца №55 Галяновского месторождения

* - в расчете на исходный вес образца.

** - исходное давление аргона в автоклаве - 5,1МПа.

В экспериментах с образцом №64 преследовалась цель изучения влияния атмосферы деструкции и давления на величину конверсии органической массы нефтематеринской породы при температурах в диапазоне 400-500⁰С. Как следует из данных приведенных в таблице 8.6.2.3.2 (опыт 1,2), использование в качестве атмосферы деструкции водяного пара вместо воздуха привело к росту давления в системе в 14,5 раз (с 1,65 МПа до 24,0 МПа) при одинаковой температуре (430⁰С). При этом, однако, не произошло изменения величины конверсии органической массы образца, а количество газовой составляющей увеличилось только на 4,0% (с 78,3% до 82,4%) при соответствующем уменьшении количества жидких углеводородов (таблица 8.6.2.3.2, опыты 1 и 2). Полученные результаты в целом мало отличаются от данных, полученных в экспериментах 5 и 4 при несколько более высоких температурах - 440 и 480⁰С, соответственно. Новым явилось то, что жидкая фаза сконденсировалась, главным образом, на внешней стенке стакана, а навеска, после пиролиза, была пропитана водой. Это может свидетельствовать о том, что высокотемпературный нагрев, повлиял на поверхностные свойства керна. Из гидрофобизированного он превратился в гидрофилизированный. Данный результат может оказаться важным при рассмотрении процесса закачки воды при термогазовом воздействии на пласт.

Таблица 2 Результаты термодеструкции образца сланца №64 Галяновского месторождения

* - добавлено 7,5 г воды;

** - воздух высокого давления;

*** - давление точно не установлено, однако, составляло величину порядка 1,0 МПа.

Увеличение давления воздуха до 6,0 МПа (при 450⁰С) и температуры до 480⁰С (таблица 8.6.2.3.2, опыты 3 и 4), привело к незначительному росту конверсии (на 0,2 и 1,2%, соответственно) в сравнении с опытом 1. Подобный результат может являться следствием увеличения температуры эксперимента с 430⁰С (таблица 8.6.2.3.2, опыт 1) на 20 и 50⁰С, соответственно, в опытах 3 и 4 (таблица 8.6.2.3.2). При этом не отмечено изменения соотношения газовой и жидкой фаз продуктов деструкции.

В таблице 8.6.2.3.3 приведены результаты изучения термодеструкции 7 образцов: Галямовского (№№ 15,16,18, 35, 55, 64) и Средне-Назымского (№ 14) месторождений в атмосфере воздуха в диапазоне температур 400-490⁰С. Как видим, величины конверсии всех образцов существенно различаются. В опыте 1 (таблица 8.6.2.3.3, образец №14) конверсия составляет 3,2% при температуре опыта 490⁰С, а в опыте 6 (образец №55) - 10,4%, при температуре 400⁰С. Отношения выходов газообразных и жидких продуктов процессов деструкции во всех опытах близки и находятся в диапазоне: 2,6-3,9. Вероятно, основным показателем, определяющим величину конверсии, является содержание в образцах органического вещества (керогена). Если полагать, что в разрабатываемой технологии получения жидких углеводородов температура не будет превышать 500⁰С, то конверсия керогена будет находиться на уровне величин полученных в нашем исследовании, которые, безусловно, будут ниже 100%. Следовательно, на основании проведенных опытов (таблица 8.6.2.3.3) можно оценить содержание керогена в исследованных образцах и построить следующий ряд в соответствии с увеличением в них ОВ Считаем, что возможное содержание нефти во всех исследованных образцах одинаковое.:

№35 < №14 < №16 = №18 <№15 < №55 < №64.

В последующих экспериментах будет проведено количественное содержание ОВ во всех образцах.

Таблица 3 Результаты термодеструкции ряда образцов сланцев Галяновского* и Средне-Назымского** месторождений на воздухе

Таким образом, проведение первых серий экспериментов по термодеструкции в условиях автоклава с четырьмя образцами сланцев Галяновского (№№ 15, 16, 18, 35, 55, 64) и Средне-Назымского (№ 14) месторождений позволили выявить ряд следующих закономерностей:

1. Установлено, что основным параметром процесса термодеструкции керогена исследованных образцов, определяющим преимущественное образование жидких или газообразных продуктов, является температура.

2. Для достижения максимального выхода жидких продуктов при деструкции органического вещества образцов оптимальный температурный уровень находится в диапазоне 350 - 400⁰С. При меньших температурах (300⁰С) уровень конверсии керогена незначителен (порядка 1,3%). При температурах 400⁰С и выше - выход газообразных продуктов значительно превышает выход жидких продуктов.

3. Показано, что атмосфера процесса (воздух, водяной пар, аргон) и давление (от атмосферного до 24,0 МПа) не оказывают существенного влияния на соотношение выходов жидких и газообразных продуктов деструкции керогена. Однако, из данных других авторов известно, что эти параметры должны оказывать значительное влияние на направление процессов преобразования органического вещества сланцев, включая количество образующего кокса. Следовательно, в дальнейших сериях экспериментов будет уделено большее внимание прояснению значения давления и атмосферы в изучаемых процессах термодеструкции.

4. В проведенных сериях экспериментов не отмечено фактов влияния минеральных компонентов сланцев на количественный и качественный состав продуктов деструкции керогена.

Размещено на Allbest.ru