СТЛ 223.13.17.111-2013 ПОРОДЫ ГОРНЫЕ Методика измерений коэффициентов насыщенности пород водой и жид-кими углеводородами экстракционно-дистилляционным методом

УТВЕРЖДАЮ
генеральный директор
ООО «ТюменНИИгипрогаз»
_______________С.А. Скрылёв
«____»_______________2013 г.
СТАНДАРТ ЛАБОРАТОРИИ
ПОРОДЫ ГОРНЫЕ
Методика измерений коэффициентов насыщенности пород водой и жидкими углеводородами экстракционно-дистилляционным методом
СТЛ 223.13.17.111/2013
ФР.1.31.2016.24772
Аттестован
ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский
Томский политехнический университет»
Регистрационный номер в Информационном
фонде по обеспечению единства измерений
Тюмень 2013
1
СВЕДЕНИЯ О РАЗРАБОТКЕ
1 РАЗРАБОТАНА: ООО «ТюменНИИгипрогаз»
ИСПОЛНИТЕЛЬ: А.Г. Борисов
РУКОВОДИТЕЛЬ: Директор научно-исследовательского центра ООО «ТюменНИИгипрогаз»
Паршуков Александр Владимирович
СВЕДЕНИЯ ОБ АТТЕСТАЦИИ
2 АТТЕСТОВАНА: Федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» (ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»)
Аттестат аккредитации на право аттестации методик измерений и проведения метрологической экспертизы документов № 01.00143 от 03.04.2008 г.
Свидетельство об аттестации методики измерений
№ 08–47/325–01.00143.2013 от « 13 » марта 2013 г.
634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30, Томский политехнический университет
Руководитель: Проректор по научной работе и инновациям Томского политехнического университета Пестряков Алексей Николаевич
СВЕДЕНИЯ О РЕГИСТРАЦИИ
Регистрационный номер в Информационном фонде по обеспечению единства измерений
ФР.1.31.2016.24772
2
СОДЕРЖАНИЕ
1
Область применения………………………………………………………………………….4
2
Нормативные ссылки…………………………………………………………………………4
3
Характеристики погрешности измерений …………………………………………………..5
4
Средства измерений, вспомогательные устройства и материалы…………………………5
5
Метод измерений…………………..………………………………………………………….5
6
Требования безопасности…………………………………………………………………….6
7
Требования к квалификации оператора……………………………………………………..6
8
Условия выполнения измерений…………………………………………………………….6
9
Подготовка к выполнению измерений………………………………………………………6
10
Выполнение измерений………………………………………………………………………8
11
Обработка результатов измерений …………………………………………………………..8
12
Оформление результатов измерений………………………………………………………..9
13
Контроль качества результатов измерений при реализации методики в лаборатории…10
14
Проверка приемлемости результатов измерений для двух лабораторий………………..11
15
Приложение А……………………………………………………………………………….12
3
ПОРОДЫ ГОРНЫЕ
Методика измерений коэффициентов насыщенности пород водой и жидкими углеводородами экстракционно-дистилляционным методом
Дата введения – март 2013
1
Область применения
Настоящий документ распространяется на горные породы и устанавливает методику
измерений коэффициентов насыщенности пород водой и жидкими углеводородами (нефть,
конденсат) экстракционно-дистилляционным методом.
Методика непригодна для пород с битуминозным цементом, а также для пород, разрушающихся под воздействием толуола.
Методика применяется для оценки характера естественного насыщения горных пород,
а также после выполнения лабораторных экспериментов.
Методика позволяет оценить насыщенность образца породы водой и жидкими углеводородами при условии, что известен поровый объем образца и свойства насыщающих жидкостей. Полученные результаты измерений используются для оценки запасов углеводородов в
продуктивных пластах, а также для обработки результатов других лабораторных экспериментов.
Данный документ представляет собой результат переработки ранее изданного нормативного документа [1].
2
Нормативные ссылки
ГОСТ 26450.0–85 Породы горные. Общие требования к отбору и подготовке проб для
определения коллекторских свойств
ГОСТ 26450.1–85 Породы горные. Метод определения коэффициента открытой пористости жидкостенасыщением
ГОСТ 12.1.004–91 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования
ГОСТ 12.1.019–2009 ССБТ. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура
видов защит
ГОСТ 6709–72 Вода дистиллированная. Технические условия
ГОСТ 1277–75 Реактивы. Серебро азотнокислое. Технические условия
ГОСТ 12026–76 Бумага фильтровальная лабораторная. Технические условия
ГОСТ 5789–78 Реактивы. Толуол. Технические условия
ГОСТ 18300–87 Спирт этиловый ректификованный. Технические условия
ГОСТ 29169–91 Посуда лабораторная стеклянная. Пипетки с одной отметкой
ГОСТ Р 50779.42–99 Статистические методы. Контрольные карты Шухарта
ГОСТ Р ИСО 5725–6–2002 Точность (правильность и прецизионность) методов и
результатов измерений. Часть 6. Использование значений точности на практике
ГОСТ Р 53228–2008 Весы неавтоматического действия. Часть 1. Метрологические и
технические требования. Испытания
П р и м е ч а н и е – При пользовании настоящей методикой целесообразно проверить действие
ссылочных документов по соответствующему указателю стандартов, составленному по состоянию на 1
января текущего года, и по соответствующим информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящей методикой
следует руководствоваться замененным (измененным) стандартом. Если ссылочный документ отменен
4
без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту
ссылку.
3
Характеристики погрешности измерений
Приписанные характеристики погрешности – среднее квадратическое отклонение
(СКО) внутрилабораторной прецизионности R , систематическая составляющая погрешно-
сти С, границы погрешности измерений  в относительной форме при доверительной вероятности Р=0,95 приведены в таблице 1.
Т а б л и ц а 1 – Характеристики погрешности измерений
Диапазон измеряемых
значений коэффициента насыщенности,
%
СКО
внутрилабораторной
прецизионности
R ,
%
Систематическая
составляющая погрешности
С,
%
Границы
погрешности
измерений
± 1,
%
От 10 до 30 включ.
Св. 30 до 100 включ.
2,6
0,4
0,8
0,8
5,2
1,1
1
- Соответствует расширенной относительной неопределенности с коэффициентом охвата k=2
4
Средства измерений, вспомогательные устройства и материалы
4.1 Аппарат Закса или Дина-Старка с ловушкой-приемником утвержденного типа
Основные технические данные аппарата:
Номинальная вместимость ловушки
Допускаемое отклонение от номинальной вместимости:
– в диапазоне от 0 до 3,5 см3
Цена деления шкалы:
– в диапазоне от 0 до 3,5 см3
30 см3
0,02 см3
0,02 см3
4.2 Весы утвержденного типа по ГОСТ Р 53228 или иные с погрешностью  0,002 г.
4.3 Колбонагреватель произвольной конструкции.
4.4 Пипетки мерные утвержденного типа по ГОСТ 29169.
4.5 Этиловый спирт по ГОСТ 18300.
4.6 Толуол по ГОСТ 5789.
4.7 Серебро азотнокислое по ГОСТ 1277.
4.8 Дистиллированная вода по ГОСТ 6709.
4.9 Бумага фильтровальная по ГОСТ 12026 либо любая другая.
Все средства измерений должны иметь действующие свидетельства о поверке (калибровке). Допускается использовать другие средства измерений с аналогичными или лучшими
метрологическими характеристиками.
5
Метод измерений
Сущность метода заключается в удалении из порового пространства образца воды и
жидких углеводородов. Пары толуола, температура которых 110,6 °С, выпаривают из образца
5
воду и растворяют жидкие углеводороды. При этом пары воды, сконденсировавшись в холодильнике, улавливаются измерительной ловушкой. Насыщенность образца водой определяется по объему воды скопившейся в ловушке. Масса жидких углеводородов в образце определяется путем вычитания из исходной массы образца массы сухого образца и массы насыщающей
воды. По известной плотности насыщающих углеводородов их масса пересчитывается в объем.
6
Требования безопасности
При выполнении измерений необходимо соблюдать требования электробезопасности
при работе с электроустановками по ГОСТ 12.1.019, правила пожарной безопасности по
ГОСТ 12.1.004, требования безопасности при работе с аппаратом Закса. Работы проводятся в
вытяжном шкафу, который должен быть оборудован системой аварийного пожаротушения.
7
Требования к квалификации оператора
К выполнению измерений допускаются операторы, изучившие процедурную инструкцию по работе с аппаратом Закса, прошедшие инструктаж и сдавшие экзамен по безопасности
труда в объеме инструкций, принятых на предприятии.
8
Условия выполнения измерений
При выполнении измерений необходимо соблюдать следующие условия:
– температура окружающего воздуха
(15-28) оС;
– атмосферное давление
от 84,0 до 106,7 кПа
(от 630 до 800 мм рт. ст.);
– относительная влажность воздуха не более
не более 75 %.
9
Подготовка к выполнению измерений
9.1
Подготовка образцов
9.1.1 Для исследований отбираются образцы горной породы как с естественным (сохраненным), так и с искусственно смоделированным насыщением.
9.1.2 Перед исследованием образцы должны храниться в индивидуальных упаковках
(полиэтилен, парафин), исключающих испарение насыщающих флюидов.
9.1.3 Объем пор образца и свойства насыщающих флюидов должны быть известны
заранее. Если определить объем пор образца до эксперимента определить невозможно, то он
должен быть определен после выполнения эксперимента для вычисления доли флюидов в поровом пространстве.
9.2
Подготовка аппарата Закса
9.2.1 Перед началом работы все стеклянные части аппарата должны быть сухими и
чистыми. Особо тщательно должна быть промыта ловушка. Очистку ловушки проводят раствором этилового спирта и просушивают.
9.2.2 Собирают аппарат Закса как показано на рисунке 1, тщательно соединяя в местах пришлифовок.
9.2.3 Аппарат Закса устанавливают на колбонагреватель в вытяжном шкафу и закрепляют на штативе. С помощью шлангов холодильник аппарата Закса подключают к системе водоснабжения.
9.2.4 Проводят контроль герметичности аппарата Закса путем сравнения объема воды, добавленной в колбу, с объемом воды собравшейся в ловушке. Для этого в предваритель6
но взвешенную фарфоровую чашку помещают известный объем воды, отмеренный пипеткой.
Чашку с водой помещают в колбу, аппарат Закса собирают и производят эксперимент как указано в разделе 10. Сравнение полученного объема воды в ловушке и исходного объема дает
информацию о герметичности аппарата. Допустимая погрешность в объеме воды не должна
превышать цены деления ловушки, т.е. 0,02 см3 при исходном объеме от 0,5 см3 до 3,5 см3.
9.3
Подготовка весов
9.3.1 Проверяют исправность весов и подготавливают их к работе согласно эксплуатационной документации.
9.4
Подготовка бумажных фильтров
9.4.1 Бумажные фильтры предварительно просушиваются в сушильном шкафу при
температуре 105 °С и хранятся в герметичном сосуде с просушенным силикагелем либо с
хлористым кальцием.
3
ВОДА
ВОДА
5
4
2
1
колбонагреватель
1 - колба; 2 - образец керна; 3 – холодильник; 4 - колеРисунок 1 – Сборка
Закса (Дина-Старка)
но; 5 Аппарат
- мерная ловушка
7
10 Выполнение измерений
10.1 Колбу 1 заполняют толуолом на ½ объема (рисунок 1).
10.2 Определяют исходную массу насыщенного образца ( m5 ). Для этого образец
горной породы извлекают из упаковки и взвешивают на аналитических весов с точностью до
0,002 г .
10.3 Образец заворачивается в бумажный фильтр и помещается в аппарат Закса (Дина-Старка).
10.4 Установив циркуляцию воды в холодильнике 3, включают колбонагреватель.
10.5 При кипении пары толуола проходят по колену 4 в холодильник 3, где конденсируясь, стекают по стенкам вниз – сначала в градуированную часть ловушки 5, а после ее заполнения через колено 4 в колбу 1. Горячий толуол промывает анализируемый образец горной
породы, испаряя содержащуюся в нем воду и растворяя углеводороды. Растворенные толуолом углеводороды стекают в колбу, а пары воды поднимаются в холодильник. Попадая в холодильник, пары воды и толуола конденсируются и стекают в ловушку. Капли воды из-за
большей плотности занимают нижнюю часть ловушки и остаются в ней. Толуол, заполнив ловушку полностью, начинает перебегать по колену 4 обратно колбу. Процесс продолжается до
тех пор, пока вся вода, содержащаяся в образце, не окажется в нижней части ловушки.
10.6 Окончание процесса устанавливают по прекращению увеличения объема воды в
ловушке 5.
10.7 Колбонагреватель выключают, аппарату дают остыть и разбирают его.
10.8 Ловушку 5 охлаждают до 20 ºС и фиксируют объем воды, скопившейся в ней
( VВЛ ).
10.9 Если дистилляция проводилась в аппарате Сокслета без стаканчика, либо на аппарате Дина-Старка, то для полного удаления углеводородов необходимо провести окончательную экстракцию углеводородов. Для этого образец экстрагируется в аппарате Закса со
стаканчиком, либо в аппарате Сокслета согласно ГОСТ 26450.0.
10.10 Вынимают образец из аппарата и в фильтре помещают в вытяжной шкаф для
испарения растворителя. Образец выдерживают в шкафу не менее 4 ч.
10.11 Производят удаление остатков солей из образца. Для этого образец насыщают
под вакуумом дистиллированной водой согласно ГОСТ 26450.1. После чего помещают в емкость с дистиллированной водой и выдерживают, периодически заменяя воду. Перед каждой
заменой воды из нее отбирается проба. В пробу воды капается одна капля 3 %-ного раствора
азотнокислого серебра. Если не происходит выпадение белого осадка, то процедура считается
законченной. Для ускорения реакции воду рекомендуется нагревать, но не доводить до кипения. Если минерализация пластовой воды (модели пластовой воды) не превышает 50 г/л, то
процедуру удаления солей допускается не производить.
10.12 Производят сушку образца в фильтре в сушильном шкафу при температуре
105 °С не менее 12 ч.
10.13 Определяют массу сухого образца ( m1 ). Для этого образец извлекают из фильтра
и вместе с отслоившимися частичками (если такие имеют место) взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,002 г.
11 Обработка результатов измерений
11.1 Обработка результатов выполняется только после того как будут получены данные об объеме пор образца и свойствах насыщающих флюидов.
11.2 Если производится оценка естественного насыщения горных пород, то необходимо учитывать, что объемы порового пространства и пластовых флюидов в пластовых и атмосферных условиях различаются. При подъеме породы с глубины происходит увеличение
порового объема и уменьшение объема поровых флюидов вследствие их разгазирования. Для
8
учета этих изменений вводятся объемные коэффициенты, представляющие собой отношение
соответствующих объемов в пластовых и атмосферных условиях.
11.3 Если производится оценка насыщения образцов пород после лабораторных экспериментов, при которых изменение объемов пор и флюидов не превышает 2 %, то все объемные коэффициенты можно принять равными единице.
11.4 Объем воды в образце ( V В ) вычисляют по формуле
VВ  VВЛ  BВ  PМ ,
(1)
где:
где:
VВЛ – объем воды собранной в ловушке, см³;
BВ – объемный коэффициент воды;
PМ – поправка за минерализацию воды, которая вычисляется по формуле
998,23
PM 
,
 В  1000  M
(2)
 В – плотность пластовой воды (модели пластовой воды), г/см³;
M –минерализация пластовой воды (модели пластовой воды), г/л.
Если минерализация пластовой воды (модели пластовой воды) не превышает 50 г/л, то
допускается принимать PМ  1 .
11.5 Объем углеводородов рассчитывается по формуле
m  m1  VВ   В   BУВ
VУВ  5
,
(3)
 УВ
где:
m5 – исходная масса насыщенного образца, г;
m1 – масса сухого образца, г;
 В – плотность пластовой воды в стандартных условиях, г/см³;
BУВ – объемный коэффициент жидких углеводородов;
 УВ – плотность жидких углеводородов в стандартных условиях, г/см³.
11.6 Коэффициенты насыщенности порового пространства водой К В и КУВ углеводородами определяются по формулам
VВ
КВ 
,
(4)
V П  Bп
К УВ 
где:
VУВ
,
V П  Bп
(5)
VП – объем пор образца, см³;
BП – объемный коэффициент порового объема;
12 Оформление результатов измерений
Результат измерений коэффициента насыщенности представляют в виде
9
( К В ± Δ) %; Р=0,95
( КУВ ± Δ) %; Р=0,95
где
К В , КУВ – результаты измерений;


 Х – границы абсолютной погрешности измерений определяемого параметра,
100
%;
 – границы относительной погрешности измерений определяемого параметра, приведенные в таблице 1, %;
Р – доверительная вероятность, с которой установлены границы погрешности измерений
определяемого параметра, Р=0,95.
Значение характеристики погрешности результатов измерений округляют до двух значащих цифр. Количество знаков после запятой в результате измерений должно быть таким же,
как и в значении абсолютной погрешности.
13 Контроль качества результатов измерений при реализации методики в лаборатории
13.1 Контроль качества результатов измерений при реализации методики в лаборатории предусматривает:
– оперативный контроль процедуры анализа (на основе оценки погрешности результатов анализа при реализации отдельно взятой контрольной процедуры);
– контроль стабильности результатов анализа (на основе контроля стабильности среднеквадратического отклонения внутрилабораторной прецизионности, погрешности, среднеквадратического отклонения повторяемости).
13.2 Оперативный контроль процедуры измерений проводят:
– при внедрении методики измерений в лаборатории;
– при появлении факторов, которые могут повлиять на стабильность процесса анализа
(например, при смене партии реактивов, после ремонта прибора, при длительном промежутке
времени между анализами и т.д.).
Оперативный контроль процедуры анализа проводит сам исполнитель с целью проверки его готовности к проведению анализа рабочих проб.
Оперативный контроль процедуры анализа проводят по РМГ 76 или по приложению А
настоящего документа на методику.
13.3 Одной из форм контроля стабильности результатов анализа является контроль стабильности результатов анализа в пределах лаборатории с использованием контрольных карт, реализуемый:
– путем контроля и поддержания на требуемом уровне погрешности результатов измерений;
– путем контроля и поддержания на требуемом уровне внутрилабораторной прецизионности;
– путем контроля и поддержания на требуемом уровне повторяемости результатов параллельных определений.
13.4 Процедуры и периодичность контроля точности (контроля стабильности) получаемых результатов измерений в пределах лаборатории проводят с учетом требований раздела 6 ГОСТ Р ИСО 5725–6 или по РМГ 76.
Ответственность за организацию проведения контроля стабильности результатов анализа возлагают на лицо, ответственное за систему качества в лаборатории.
10
13.5 Периодичность контроля исполнителем процедуры выполнения измерений, а
также реализуемые процедуры контроля стабильности результатов выполняемых измерений
регламентируют в Руководстве по качеству лаборатории.
14 Проверка приемлемости результатов измерений для двух лабораторий
14.1 Проверку приемлемости результатов измерений, полученных в условиях воспроизводимости (в двух лабораториях), проводят с учетом требований 5.3.2.1 ГОСТ Р ИСО 5725–6
по отношению к пределу воспроизводимости.
Расхождение между результатами измерений, полученными в двух лабораториях, не
должно превышать предела воспроизводимости. Значения предела воспроизводимости приведены в таблице 2
Таблица 2. Диапазоны измерений, значения пределов воспроизводимости при доверительной вероятности Р=0,95
Диапазон измеряемых значений коПредел воспроизводимости (для двух реэффициента насыщенности, %
зультатов измерений, m=2);
R, %
От 10 до 30 включ.
0,072· Х
Св. 30 до 100 включ.
0,011· Х
При выполнении этого условия приемлемы оба результата измерений, и в качестве
окончательного может быть использовано их общее среднее значение.
При превышении предела воспроизводимости могут быть использованы методы оценки
приемлемости результатов измерений согласно раздела 5 ГОСТ Р ИСО 5725–6.
14.2 Разрешение противоречий между результатами двух лабораторий проводят в соответствии с 5.3.3 ГОСТ Р ИСО 5725–6.
11
Приложение А
(рекомендуемое)
Алгоритмы оперативного контроля процедуры измерений
А.1 Общие положения
А.1.1 Оперативный контроль процедуры анализа осуществляет непосредственно исполнитель на основе информации, получаемой при реализации отдельно взятой контрольной процедуры с использованием средств контроля.
А.1.2 Роль средств контроля выполняют искусственные образцы с заранее известным
насыщением
А.1.3 Схема оперативного контроля процедуры анализа предусматривает:
– реализацию контрольной процедуры;
– расчет результата контрольной процедуры;
– расчет норматива контроля;
– сравнение результата контрольной процедуры с нормативом контроля;
– принятие решения по результатам контроля.
А.2 Приготовление искусственных образцов
Искусственные образцы готовятся из фильтровальной бумаги с использованием модели
пластовой воды и пластовой нефти (стабильного конденсата). Модели флюидов должны быть
по свойствам наиболее близки к флюидам исследуемых до этого пород. Если нет возможности
приготовить модели флюидов, то допускается использовать дистиллированную воду и керосин с известной плотностью.
Искусственный образец готовят следующим образом. Складывают вместе 6-8 бумажных фильтров и высуживают в сушильном шкафу при температуре 105 °С, после чего определяют сухую массу фильтров ( m1 ). Затем на фильтры выливается 2-3 мл модели пластовой воды с известной плотностью. После того как вода впитается в фильтры снова измеряется их
масса ( m 2 ). Затем на фильтры выливается 2-3 мл модели пластовой нефти (стабильного конденсата) с известной плотностью. После того как углеводороды впитаются в фильтры снова
измеряется их масса ( m5 ).
Рассчитываются объемы воды, жидких углеводородов в образце, а также условный
объем пор образца. Расчеты делаются по формулам
m  m1
VВ  2
,
(А.1)
В
 
VУВ
m5  m2
,
(А.2)
 ,
VП  VВ  VУВ
(А.3)
УВ
Рассчитываются коэффициенты насыщения образца по формулам
V
К В  В ,
VП
 
К УВ

VУВ
,
VП
(А.4)
(А.5)
12
А.3 Алгоритм оперативного контроля процедуры измерений в условиях внутрилабораторной прецизионности
А.3.1 Изготавливают два искусственных образца согласно А.2.
А.3.2 Образцы исследуются согласно методике измерений, при этом определять массы
m1 и m5 нет необходимости (они уже известны). По результатам эксперимента рассчитываются коэффициенты водного и углеводородного насыщения К В и К УВ для каждого образца.
Производят расчет погрешности для каждого параметра по формулам
К  К В
В  В
 100% ,
(А.6)
К В
 УВ 

К УВ  К УВ
 100% ,

К УВ
(А.7)
В виду невозможности повторного измерения на одном и том же образце, внутрилабораторную прецизионность рассчитывают как разность погрешностей двух параллельных измерений. Расчет внутрилабораторной прецизионности для водного ( RВ ) и углеводородного
( RУВ ) насыщения производится по формулам
RВ   В1   В2 ,
(А.8)
RУВ   УВ1   УВ2 ,
(А.9)
Результаты контрольной процедуры считаются удовлетворительными, если все значения погрешности и внутрилабораторной прецизионности не превышают значения, установленные в таблице 1.
13
Библиография
[1] МВИ 223.13.17.111/2006 ГСИ. Породы горные. Методика выполнения измерений коэффициента насыщенности дистилляционным методом на аппарате Закса.
[2] РД 39–0147710–218–86
Единая отраслевая методика по определению в лаборатор-
ных условиях параметров, характеризующих коллекторские свойства пласта.
14
УДК 622.276.031:550.822.3(571.12)
Ключевые слова: породы горные, насыщенность, экстракция, углеводороды, методика
измерений, границы относительной погрешности измерений
Руководитель разработки, исполнитель:
Управляющий по качеству отдела физики пласта, заведующий сектором методического
обеспечения и обобщения результатов выполненных исследований
________________ А.Г. Борисов
«____» _________ 2013 г.
Утверждаю:
Генеральный директор ООО «ТюменНИИгипрогаз»
________________ С.А. Скрылёв
«____» _________ 2013 г.
М.П.
15