|
Лабораторная работа №3.
Обработка результатов гелиевой съемки, расчет упругости гелия
При характеристиках интенсивности поля гелия возникает потребность в выборе изображения полученных данных. Объясняется это как сложностью структуры поля гелия, так и трудностями расчета полных (истинных) концентраций для реальных подземных условий. Например, выражаемая обычно для подземного газа концентрация в объемных процентах практически не отражает фактически уровень насыщения гелием в пластовых условиях, откуда этот газ взят. Для оценки истинной концентрации гелия в поровом пространстве пласта необходимо привести результаты анализа газовой фазы с учетом ее количества применительно к пластовым условиям и просуммировать этот показатель с упругостью гелия в воде.
Расчет полной насыщенности порового пространства гелием возможен только при условии знания ряда характеристик, получаемых еще в процессе отбора проб, которые берутся из формуляров отбора проб. Это способ наполнения бутылок (простое заполнение, сифоном через трубку, отделителем газа, водоносом), температура воды (Тв, 0С), газовый фактор — количество газа в воде (Гф, см3/л), минерализация воды (С, г/л), глубина отбора пробы (Н, м). После выполнения анализа результаты анализа газа () и воды () заносятся в лабораторный журнал и составляется ведомость, которая выдается заказчику лабораторных исследований. Эти данные и служат исходным материалом для геологической интерпретации и расчетов.
Расчет полной концентрации гелия с привлечением необходимых дополнительных элементов — оценки растворимости гелия в воде при температуре и минерализации, характерных для среды опробования (рис. 3.1) и пластовых условий. Для расчета применяется график кривых растворимости гелия в водах различной минерализации
при температуре от 5 до 45°С и давлении 105 Па, разработанных А.Ю. Намиотом и М.М. Бондаревой (1963г.) (рис. 3.1).
Рис. 3. 1. Кривые растворимости гелия в водах различной минерализации
при температуре от 5 до 45°С и давлении 105 Па (по А.Ю. Намиоту, М.М.Бондаревой, 1963г.).
Количество гелия в газовой фазе (Qг), в которой объемная концентрация гелия определена данными анализа рассчитывается по формуле (3.1):
(3.1)
Для определения полной концентрации суммируют данные анализа в газе и воде (3.2):
Q = Qг + Qв (3.2),
где Qг – количество гелия в газовой фазе; Qв – количество газа в воде.
Известно повсеместное распространение гелия на Земле, в атмосфере и космосе. Например, обнаружена гелиевая атмосфера Меркурия; высокие концентрации гелия установлены в лунном грунте. Желательно в этой связи единое выражение для исследуемых пространств общего поля гелия. Препятствием здесь является многовариантность способов выражения его концентраций, часть из которых противоречит даже физическому смыслу. Так, в ряде публикаций сохраняется выражение концентрации гелия для воды в объемных процентах. Это неверно, поскольку гелий в воде растворен истинно и объема практически не занимает.
В табл. 3.1. показаны основные формы выражения концентраций гелия для всех сред. Из них для газа и воды наиболее удобно выражение в упругости, или паскалях. Применение такой формы возможно, например, для построения разреза вертикального поля гелия литосферы, гидросферы и атмосферы, в том числе в высокогорных условиях, где упругость гелия отличается от упругости на уровне моря.
Таблица 3.1.
Применяемые единицы концентраций гелия в различных вмещающих средах (фазах).
Фаза | Размерность | |||
об.% | мл/л | см3/г | Па | |
Газ | 1,0[1] | - | - | |
Вода | - | 0,09 | - | |
Порода и минералы | - | - | 0,1 | - |
Наиболее универсальным способом выражения концентрации гелия в упругости (Па). Для вычисления этой величины необходимо знать растворимость гелия при указанных для водопункта температуре и минерализации. Такую цифру определяют из графика 3.1.
Перевод минерализации из единиц массы в единицы количества вещества можно осуществить по данным таблицы 3.2.
Таблица 3.2.
Коэффициенты пересчета для перевода единиц массы в единицы количества вещества
Исходная массовая концентрация | Коэфф. пересчета | Соответствующая единица молярной концентрации |
Грамм на литр (г/л) | 103/Mm | Миллимоль на литр (ммоль/л) |
Миллиграмм на литр (мг/л) | 103/Mm | Микромоль на литр (мкмоль/л) |
Микрограмм на литр | 103/Mm | Наномоль на литр (нмоль/л) |
Грамм на 100 миллилитров (г/100 мл) | 104/Mm | Миллимоль на литр (ммоль/л) |
Миллиграмм на 100 миллилитров (мг/100 мл) | 104/Mm | Микромоль на литр (мкмоль/л) |
Микрограмм на 100 миллилитров (мкг/100 мл) | 104/Mm | Наномоль на литр (нмоль/л) |
Коэффициент пересчета при переводе единицы массы в единицу количества вещества получают путем деления первой на относительную молекулярную массу. Или рассчитаем прямым путем. Например, переведем 386 г/л хлор-кальциевого рассола в молярную концентрацию:
386/40+(35,4Х2)= 386/110,8 = 3,480 ммоль/л,
110,8 – относительная молекулярная масса рассола
По двум первым фазам (газ, вода) в общем виде формула для расчета упругости будет иметь вид (3.3 и 3.4):
Для газовой фазы:
(3.3)
Для воды:
(3.4),
Где - растворимость гелия при определенной температуре и минерализации воды.
Вместе с этим часто требуется построение трехфазных систем. Результаты изучения твердой фазы (керна и штуфов) в равновесии ее с газом и водой позволяют найти способы выражения концентраций гелия в единицах упругости и для этой фазы. Способ пересчета следующий:
а) известными методами определяют количество гелия в единице массы твердой фазы (см3/г);
б) зная плотность породы (минерала), вычисляют количество гелия в единице ее объема (см3/см3);
в) исходя из отмеченных выше условий фазовых равновесий гелия, приравнивают это количество к константам его растворимости в воде с минерализацией и температурой, характерными для исследуемой среды.
Отсюда формула для расчета упругости гелия в твердой фазе примет вид (3.5.):
Для твердой фазы:
(3.5)
Где - коэффициент растворимости гелия.
Не все формы гелия могут создавать давление. Поэтому рассчитанное указанными способами давление больше реального и его следует называть условным. Например, для образца лунного грунта, отобранного станцией «Луна-20» с глубины первых десятков сантиметров (Задорожный, 1976г.), установлена концентрация гелия 0,1 см3/г, что при плотности ~1 дает 1,1 х 106 Па. Очевидно, в действительности давление значительно ниже и большая часть этого гелия в лунных условиях находится в связанном состоянии. Иначе гелий немедленно вырвался бы в вакуум окололунного пространства. Тоже относится к земным радиоактивным минералам, в которых, по оценке П. М. Харлея (1956г.), давление достигает 20 МПа (по данным И.Н. Яницкого, условное давление можно оценить в сотни МПа). Такое давление на поверхности земли разорвало бы радиоактивный минерал. Однако этого не происходит, поскольку значительная часть гелия находится в связанном состоянии.
Рассмотрим несколько тестовых примеров.
Пример 1. В роднике газовый фактор равен 180 мл/л при температуре воды +400С и минерализация 30 г/л.
Рассчитаем количество гелия в газовой фазе Qг, в которой объемная концентрация гелия определена данными анализа и составляет 3,6.10-3 об.%:
(3.6)
В зависимости от способа отбора и сроков хранения воды для расчета количества гелия в 1л воды требуется внесение поправок на газовый пузырек в бутылке и срок хранения. Эти значения берутся из специального графика, который можно опубликован в специальной литературе (Яницкий И.Н. Гелиевая съемка. 1979). В тестовом задании значения этого показателя приведены в табл. 3.3. Для определения полной концентрации суммируются данные анализа в газе и воде:
QНе = Qг + Qв = (6,48+1,21).10-3 = 7,69.10-3 мл/л. (3.7)
Следующим шагом определим условную упругость гелия. Для определения этой величины необходимо знать растворимость гелия при указанных для точки отбора температуре, минерализации, атмосферном давлении. В тестовых примерах во всех вариантах давление принято 105 Па. При температуре +400С и минерализации 30 г/л (≈0,5 моля NaCl) согласно рис. 3.1 при нормальном давлении растворимость составит 7,7 мл/л. Таким образом, условная упругость по формуле (3.4) составит:
(3.8)
Пример 2. В скважине глубиной 2040м
Газовый фактор составляет 640 мл/л, минерализация 260 г/л, температура +450С; измеренное содержание гелия в газовой фазе (СгНе) равно 3,1 об.%, в воде (QвНе) – 3,3.10-2 мл/л. Требуется найти упругость гелия для пластовых условий на глубине 2040м.
Количество гелия в газовой фазе согласно ф-ле (3.1) составит:
(3.9)
Общее количество гелия в газе и воде:
QНе = Qг + Qв = (19,84+0,033) = 19,873мл/л. (3.10)
При растворимости 3 мл/л для заданных значений минерализации (≈4,3 моль NaCl), температуры и давления упругость составит:
(3.11)
Таблица 3.3
Варианты лабораторных задач студенту
Показатели | Обозначение | Ед. изм. | Вариант 1, род. | Вари- ант 2, род. | Вари- ант 3, род | Вари- ант 4, род. | Вариант 5, | Вариант 6, р. Химчу, род. | Вариант 7, р. Порох, род | Вариант 8, р. Ерачимо, род. | Вариант 9, Тунгусская опорная скв. 1 | Вариант 10, скв. СТ-2 |
Измеренные показатели | ||||||||||||
Газовый фактор | Гф | мл/л | ||||||||||
Температура воды | Тв | 0С | 1,5 | |||||||||
Минерализация | С | г/л | 0,4 | 2,4 | 20,8 | |||||||
Измеренная концентрация гелия в газе | СгНе | об.% | 3.6.10-3 | 2.6.10-3 | 3,1 | 0,78 | 0,394 | 0,002 | 0,035 | 0,004 | 0,235 | 0,031 |
Измеренное количество гелия в воде | QвНе | мл/л | 1.21.10-3 | 1.16.10-3 | 3,3.10-2 | 2,3.10-2 | 3,3.10-2 | 1.21.10-3 | 0,9.10-3 | 1.21.10-3 | 6,2.10-2 | 4.10-2 |
Глубина отбора пробы | Н | мл/л | ПП[2] | ПП | ПП | ПП | ПП | |||||
Расчетные показатели: | ||||||||||||
Количество гелия в газовой фазе | Qг | мл/л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Полная концентрация гелия | QНe | мл/л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Упругость гелия | РНе | Па |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[1] Цифры приведены в качестве примера
[2] Поверхностная проба
Дата добавления: 2015-09-29; просмотров: 54 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
Федеральное агентство железнодорожного транспорта | | |