Лабораторная работа №3

Лабораторная работа № 3

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ В СТВОЛЕ СКВАЖИНЫ. ОЦЕНКА СОПРОТИВЛЕНИЯ ПЛАСТОВОЙ ВОДЫ.

Единицы измерения физических величин

В зависимости от территории, на которой проводится каротаж, а также от системы единиц, используемой конкретной сервисной геофизической организацией, одна и та же величина может быть представлена в различных единицах измерений.

Так, например, концентрация раствора может быть представлена как в единицах g/L (г/л, грамм/литр), ppm (part per million - миллионная доля, пропромилле), так и grains/gal (грамм/галлон). Температуру можно представить в градусах Цельсия ( C) или в градусах Фаренгейта ( F).

Существуют аналитические зависимости, позволяющие перевести одну единицу измерения в другую. Такие зависимости для удобства пользования могут быть представлены в графическом виде в виде палеток и номограмм. На рисунке 1 представлен пример палеток перевода величин концентраций, температур и плотности [1].

Температура в скважине

Естественные тепловые поля обусловлены региональными процессами тепломассопереноса в недрах Земли. Температура в скважине оказывает влияние на процесс измерения каротажным зондом. Подобная информация необходима на всех этапах интерпретации скважинных данных.

Нарастание температуры в градусах Цельсия на единицу глубины называют геотермическим градиентом, а глубину в метрах, на протяжении которой температура увеличивается на

1 С (или на 1 F) - геотермической ступенью [2].

В геологии при расчете геотермического градиента за единицу глубины приняты 100 метров. В различных участках и на разных глубинах геотермический градиент непостоянен и определяется составом горных пород, их физическим состоянием и

1

теплопроводностью, плотностью теплового потока и другими факторами. Обычно геотермический градиент колеблется от 0.5 1 до 20 °С и в среднем составляет около 3 °С на 100 метров.

Рисунок 1 - Шкала переводов величин концентраций, температур и плотности [1].

2

На рисунке 2 представлена палетка расчета геотермического градиента и температуры на заданной глубине [1]. Эта палетка может быть использована для двух целей.

Во-первых, для расчета величины геотермического градиента на данной территории при известной температуре в двух точках. Например, на поверхности и на забое скважины.

Во-вторых, при известном значении геотермического градиента и заданном значении температуры на одной глубине, можно рассчитать температуру на любой другой заданной отметке глубины.

По оси абсцисс на рисунке нанесены значения среднегодовой температуры на данной территории (вверху в С, внизу – вF). При работе с палеткой выбирается температура, ближайшая к указанным двум вариантам.

По оси ординат указана глубина скважины в тысячах футов (слева) или метров (справа).

Шифром кривых на палетке является значение геотермического градиента в F/100 ft (вверху) или C/100 м.

Глубина забоя составляет 11000 ft, температура на забое равна 200 °F. Среднегодовая температура на поверхности равна 80 °F. Необходимо найти температуру на глубине

8000 ft.

Находим точку пересечения горизонтальной линии, соответствующей глубине 11000 ft и вертикальной линии, соответствующей температуре 200°F (по верхней шкале градусов Фаренгейта – для 80 °F). Данная точка А соответствует значению геотермического гра-

диента ≈ 1.1°F/100ft.

Поднимаемся вверх по воображаемой линии параллельно линиям палетки до отметки глубины 8000 ft (точка B). Данная точка соответствует значению температуры 167°F.

3

Рисунок 2 - Палетка расчета геотермического градиента и температуры на заданной глубине [1].

Удельное электрическое сопротивление пластовых вод

Пластовые воды нефтяных и газовых месторождений представляют собой сложные растворы электролитов. Наиболее распространенными солями, встречающимися в пластовых водах большинства нефтяных месторождений, являются хлориды натрия, кальция и магния. Реже встречаются сульфатнонатриевые воды и еще реже гидрокарбонатнонатриевые. В последних,

4

ИГиНГТ КФУ Лабораторная работа №3

кроме NaCl, в значительном количестве присутствует Na2SO4

либо NaHCO3 [3].

Химический состав вод изображается в весовой ионной форме, основанной на предположении, что все соли, растворенные в воде, полностью диссоциируют на ионы. При анализе определяется содержание (число миллиграммов) каждого вида ионов в 100 см3 (1 л) пробы воды. Кроме весовой чаще используется эквивалентная форма представления анализа. В этом случае находится число миллиграмм-эквивалентов каждого вида ионов в 100 см3 пробы воды.

Данные химических анализов используются для определе-

ния удельного электрического сопротивления вод , если от-

сутствуют непосредственные измерения. Сопротивления в этом случае оцениваются приближенными методами, дающими разную степень точности. Если в воде преобладает соль NaCl (до 90%), оценка осуществляется по общей концентрации солей С,

где Са и Ск - концентрации анионов и катионов в мг-экв/100 см3; Сн - общая концентрация солей в пластовой воде в кг-экв/м3; Aа и Aк - массы грамм-эквивалентов отдельных анионов и катионов; 0,01— переводной коэффициент для выражения концентрации раствора в кг/м3 или кг-экв/м3.

С помощью общей концентрации можно определять удельное сопротивление вод при низкой концентрации солей с точностью 1% и при высокой концентрации - 5-8%. Для этого используется номограмма, представленная на рисунке 3. Здесь по оси абсцисс отложено значение температуры раствора соли вF (верхняя строка) и C (нижняя строка). Справа, по оси ординат отложено значение концентрации NaCl в растворе в едини-

5

цах ppm и grains/gal. Слева по оси ординат отложено значение сопротивления водного раствора соли.

Данную палетку можно использовать в нескольких вариантах. Во-первых, можно рассчитать значение в при известных концентрации (С) и температуре (t). Во-вторых, при известных значениях в и t можно найти значение C. И, наконец, при известных значениях в и t можно найти значение в’ при другой температуре t’.

Рисунок 3 – Номограмма зависимости сопротивления водного раствора соли от температуры и концентрации [1].

6

Концентрация солей в пластовой воде составляет 20 000 ppm. температура раствора равна 75°F. Необходимо найти удельное электрическое сопротивление пластовой воды.

Проводим вертикальную линию линии, соответствующей температуре 75°F до пересечения с линией номограммы, соответствующей концентрации 20 000 ppm. Проводим горизонтальную линию из точки пересечения до левой оси ординат. Искомое значение удельного электрического сопротивления пластовой воды равно 0.3 Омм.

В большинстве случаев содержание соли NaCl в пластовых водах нефтяных и газовых месторождений составляет 9095% [3]. Поэтому номограмма, представленная на рисунке 3, была рассчитана именно для этой соли. Однако в природе встречаются месторождения, в которых в состав раствора в значительной пропорции входят другие соли. На практике для оценки сопротивления пластовых вод в данных случаях содержание этих солей приводят к эквивалентному содержанию NaCl при помощи палетки, представленной на рисунке 4. В дальнейшем, для нахождения в, используют палетку, приведенную на рисунке 3.

Известна концентрация катионов и анионов в пластовых водах: СCa = 460 ppm, СSO4 = 1400 ppm, NaCl = 19000 ppm. Общая концентрация С = 460 + 1400 + 19000 = 20860 ppm.

Необходимо найти эквивалентную концентрацию NaCl.

Находим весовые значения для каждой соли как пересечение вертикальной линии, соответствующей общей концентрации 20860 ppm и соответствующей кривой: Ca = 0.81, SO4 = 0.45, NaCl = 1.0. Умножаем значение

7

концентрации каждого катиона и аниона на весовой коэффициент и суммируем получен-

ные значения: (460 x 0.81) + (1 400 x 0.45) + (19,000 x 1.0) = 20 000 ppm.

Рисунок 4 - Диаграмма распределения концентрации катионов и анионов в растворе относительно концентрации NaCl [1].

Практическая часть

Каждый студент должен выполнить следующие задания:

1.Перевести единицы измерения. Найти концентрацию в пустых клетках.

2.Перевести единицы измерения. Найти значение геотермического градиента.

3.Известна температура T1 пласта на глубине H1. Определить значение геотермического градиента и температуру T2 пласта на глубине H2.

4.Известна температура T1 пласта на глубине H1. Определить значение геотермического градиента и глубину пласта H2, если известна его температура T2.

8

5.Найти УЭС пластовой воды при заданных концентрации солей в пластовой воде С и температуре T.

6.Найти концентрацию пластовой воды С при заданных УЭС и температуре Т.

7.Известна УЭС пластовой воды при температуре Т1. Найти УЭС пластовой воды при заданной температуре Т2.

8.Найти общую концентрацию раствора С и эквивалент концентрации NaCl при известной концентрации катионов и анионов различных солей в пластовых водах. Рассчитать УЭС пластовых вод при заданной температуре Т.

Контрольные вопросы

1.Перечислите известные вам единицы измерения температуры, глубины и концентрации.

2.Что такое геотермический градиент и геотермическая ступень? Назовите единицы измерения геотермического градиента.

3.Сформулируйте, каким образом можно найти значение геотермического градиента на данной территории.

4.Как найти температуру пласта на заданной глубине?

5.Какие соли наиболее распространены в пластовых водах?

6.Как определить общую концентрацию солей в пластовых водах?

7.Как изменяется плотность водного раствора соли с увеличением концентрации солей?

8.Как зависит сопротивление водного раствора соли от концентрации раствора и его температуры?

9.Как найти сопротивление пластовой воды при известных температуре и концентрации солей?

10.Что такое эквивалентная концентрация NaCl?

Список использованных источников

1.Schlumberger. Log Interpretation Charts, 2009

2.Якушова А. Ф., Хаин В. E., Славин В. И. Общая геология / Под ред. В. Е. Хаина. — M.: Изд-во МГУ, 1988. — 448 с

3.Латышова М. Г. Практическое руководство по интерпретации диаграмм геофизических методов исследования скважин. 2- изд. перераб. М., Недра, 1981. 182 с.

9