Проницаемость – способность горной породы пропускать через себя жидкости и газы под действием перепада давления. Породы могут быть насыщены разными флюидами, поэтому для описания разных случаев насыщения нужно использовать разные коэффициенты проницаемости.
Здесь мы обсудим случай, когда порода насыщена двумя флюидами, между которыми если чёткие межфазные границы, например, нефтью и водой. Также это могут быть нефть и газ, вода и газ (в обоих случаях в пустотах присутствует свободный газ, в виде пузырьков).
Для описания проницаемости горной породы при одновременном движении двух флюидов недостаточно одного числа, приходится использовать набор чисел. Этот набор можно представить в виде таблицы либо Х-образной диаграммы – кривых фазовой проницаемости. Рассмотрим далее, как этот график (точнее, исходный набор чисел) получают в лаборатории.
Подробное описание методики измерения кривых фазовой проницаемости дано в соответствующем отраслевом стандарте (ссылка). Здесь приведём сокращённое описание методики для изучения совместного течения нефти и воды. Суть методики заключается в следующем.
- Лаборанты берут насыщенные пластовой водой образцы горной породы и размещают их в кернодержателе (обычно используют составную колонку из похожих друг на друга образцов).
- Внутри кернодержателя создают пластовые условия – давление и температуру. Прокачивают воду и определяют проницаемость по пластовой воде при 100% водонасыщенности.
- Имитируют формирование нефтяной залежи – отгоняют воду путём прокачки через керн керосина и нефти. Важно, чтобы насыщенность остаточной водой и нефтью на этом лабораторном этапе получилось таким же как в реальном пласте. Подавая в керн нефть, определяют проницаемость по нефти при остаточной водонасыщенности.
- Далее имитируют этап разработки нефтяной залежи, когда вода и нефть движутся в породе одновременно. Для этого с помощью двух независимо работающих насосов в керн одновременно подают воду и нефть в разных пропорциях. Перебирают несколько режимов совместного течения, причём суммарный расход воды и нефти во всех режимах одинаковый, однако, пропорции между ними разные. Доля воды в потоке пошагово растёт и достигает 1.
- Для каждого режима совместного течения лаборант фиксирует стабильные значения перепада давления. По показаниям сепаратора фильтрационной установки и по накопленному расходу каждого флюида можно рассчитать водонасыщенность керна для каждого режима течения.
- Все данные собирают в таблицу и для каждого режима по формуле Дарси рассчитывают фазовую проницаемость. Для расчётов необходимо знать длину керна, площадь поперечного сечения керна, вязкость нефти и воды. По полученным табличным значениям строят Х-образный график.
