Как найти индекс водорода

Изобретение относится к определению свойств пластовых флюидов, одновременно находящихся в поровом пространстве образца горной породы. При осуществлении способа отбирают несколько естественно-насыщенных образцов горной породы, относящихся к одному пласту, таким образом, чтобы на одно место взятия приходилось 2 образца. Образцы из первой группы дробят и выделяют кусочки размером более 3 мм, на каждой отобранной пробе дробленой породы проводят определение объема твердой фазы Vтв.ф.1_i с помощью гелиевого порозиметра, определяют кажущийся объем поровых флюидов Vф.к.1_i методом ЯМР при ВИ=1, помещают дробленую пробу в подготовленные стаканчики из фильтровальной бумаги, стаканчики с пробой помещают в аппараты Сокслета для очистки образцов методом экстрагирования в спиртобензольной смеси. После окончания экстракции стаканчики с пробой сушат, при необходимости обессоливают в дистиллированной воде и повторно сушат, при температуре 105°С определяют объем твердой фазы Vтв.ф.2_i с помощью гелиевого порозиметра, определяют кажущийся объем поровых флюидов методом ЯМР Vф.к.2_i при ВИ=1, рассчитывают истинный объем флюидов, занимавших поровое пространство, по заданной математической зависимости. Затем рассчитывают кажущийся объем флюидов при ВИ=1, занимавших поровое пространство, по заданной математической зависимости. Далее рассчитывают эффективный водородный индекс флюидов, находящихся в порах естественно-насыщенных образцов. Затем образцы помещают под слой флюида в виде керосина или модели пластовой воды и выдерживают их под вакуумом до прекращения выделения пузырьков воздуха, после чего образцы помещают в сатуратор, где их выдерживают в течение минимум 2 часов с избыточным давлением в 15 МПа. Производят определение кажущегося коэффициента общей пористости по ЯМР при 100% заполнении порового пространства флюидами Кп_100каж, определяют водородный индекс флюида, которым насыщали образцы ВИ_фл.нас, рассчитывают эффективный водородный индекс всех флюидов, находящихся в поровом пространстве, для образцов в естественно-насыщенном состоянии с донасыщением флюидом с последующим расчетом истинного коэффициента общей пористости образцов, донасыщенных керосином. Достигается повышение информативности и надежности определения. 3 табл.

Изобретение относится к способам определения свойств пластовых флюидов, а именно эффективного водородного индекса всех флюидов, одновременно находящихся в поровом пространстве образца горной породы, с последующим уточнением значения коэффициента общей пористости этих образцов.

Водородный индекс (ВИ) — это соотношение количества атомов водорода в заданном объеме исследуемого флюида к количеству атомов водорода в таком же объеме дистиллированной воды при стандартных значениях давления и температуры.

Эффективный водородный индекс (ВИ) — это соотношение количества атомов водорода в заданном объеме нескольких исследуемых флюидов к количеству атомов водорода в таком же объеме дистиллированной воды при стандартных значениях давления и температуры.

Объем флюидов, определенный с помощью метода ЯМР — ЯМР сигнал от измеряемого образца, нормированный на объем.

Объем твердой фазы, определенный с помощью газоволюметрического метода -объем, незаполненный гелием. Включает в себя как объем минерального скелета, так и объем флюидов находящихся в образце.

Известны различные способы определения водородного индекса флюидов, насыщающих поровое пространство горных пород.

В литературных источниках указываются следующие способы определения водородного индекса флюидов, насыщающих горную породу.

В книге [Kleinberg R. L., Vinegar Н. J., 1996. NMR Properties of Reservoir Fluids. The Log Analyst, 37, 6,20 — 32] указано несколько способов определения ВИ.

Gaymard and Poupon предположили, что УВ можно представить алканами, и ввели корреляционную зависимость водородного индекса от плотности УВ. Однако, как показали опыты, данное предположение является удовлетворительным только для чистого метана при больших давлениях и для чистых алканов в атмосферных условиях.

Kleinberg and Vinegar представили зависимость водородного индекса от плотности УВ, основанную на измерениях реальной нефти в атмосферных условиях.

Данные способы имеют ряд недостатков: например, первый способ не имеет ничего общего с реальными высоковязкими углеводородами и битумами. С одной стороны, зависимость не всегда соблюдается, особенно для тяжелых углеводородов, с другой стороны, в поровом пространстве горных пород содержатся не только углеводороды, но и остаточная вода, которая влияет на значение эффективного водородного индекса. Предложенные способы не позволяют определить эффективный водородный индекс остаточной воды и углеводородов, или большего количества флюидов.

В книге [Джафаров И.С., Сынгаевский П.Е., Хафизов С.Ф. 2002. Применение метода ядерного магнитного резонанса для характеристики состава и распределения пластовых флюидов, 439. Химия, Москва] описывают расчетный способ определения водородного индекса, основанный на пересчете протонной плотности по формуле:

где ρ — плотность г/см³;

nH — число атомов водорода;

MW — молекулярный вес;

0,11 плотность протонов в дистиллированной воде моль/см³.

К недостаткам данного способа можно отнести сложную процедуру определения величин MW и пН из-за сложного состава реальных углеводородов, особенно высоковязких углеводородов и битумов. Также данный способ не позволяет определить эффективный водородный индекс остаточной воды и углеводородов или большего количества флюидов.

В книге [Джафаров И.С., Сынгаевский П.Е., Хафизов С.Ф. 2002. Применение метода ядерного магнитного резонанса для характеристики состава и распределения пластовых флюидов, 439. Химия, Москва] приведены палетки для определения ВИ флюидов в зависимости от плотности углеводородов.

К недостаткам определения водородного индекса этим способом можно отнести следующие моменты:

Данным способом можно определить только водородный индекс углеводородов, в то время как в изучаемом разрезе может содержаться остаточная вода, тяжелые и легкие углеводороды, а также битумы, которые оказывают влияние на эффективный водородный индекс.

Для определения водородного индекса, необходимо определить плотность углеводородов. Однако, плотность углеводородов, добытых, из пластов баженовской свиты или из пластов, содержащих высоковязкие углеводороды или битумы, не всегда равна плотности углеводородов оставшихся в пласте.

В книге [Джафаров И.С., Сынгаевский П.Е., Хафизов С.Ф. 2002. Применение метода ядерного магнитного резонанса для характеристики состава и распределения пластовых флюидов, 439. Химия, Москва] приведен способ определения ВИ флюида, основанный на сравнении амплитуды сигнала ЯМР от исследуемого флюида и дистиллированной воды, следующим образом.

где A_f и A_d — измеренные амплитуды ЯМР-сигнала исследуемого флюида и дистиллированной воды соответственно;

V_f и V_d — объемы исследуемого флюида и дистиллированной воды соответственно;

Данный способ имеет недостатки, аналогичные предыдущим способам определения водородного индекса, а именно:

Данным способом можно определить по отдельности водородный индекс углеводородов и остаточной воды и рассчитать эффективное значение водородного индекса остаточной воды и углеводородов, или можно смешать пробу модели пластовой воды и пробу углеводорода и измерить эффективный водородный индекс. Но для расчета и измерения необходимо знать, сколько остаточной воды и сколько углеводородов содержится в исследуемом пласте, что представляет собой дополнительные затраты на проведение дополнительных экспериментов.

Для определения водородного индекса, необходима проба углеводородов. Однако, состав углеводородов, добытых, из пластов баженовской свиты или пластов, содержащих высоковязкие углеводороды или битумы, не всегда идентичен составу углеводородов, оставшихся в пласте. Соответственно водородные индексы добытых углеводородов, и оставшихся в пласте, будут отличаться.

Известны различные способы получения информации об объеме порового пространства в породе, заполненного углеводородами на коллекции, керна нетрадиционного резервуара юрской высокоуглеродистой формации [RU 2681801 С1, МПК G01N33/24, G01N1/28, Е21В 49/00, опубл. 12.03.2019.] Способ определения объема порового пространства заключается в том, что находящиеся в поровом пространстве углеводороды делятся на группы по степени связности и подвижности, и поэтапно определяется массовая доля углеводородов каждой группы. Для определения полного объема порового пространства вычисляют линейные ресурсы нефти и газа (q [т/м²]) для каждой группы, а затем их суммируют.

У данного способа есть недостатки.

Способ пригоден лишь для резервуара юрской высокоуглеродистой формации, соответственно невозможно определить емкостные свойства пород других высокоуглеродистых формаций, пород, содержащих в поровом пространстве высоковязкие углеводороды, битумы и/или высокоминерализованные пластовые воды. Данным способом можно получить информацию о поровом пространстве только в массовых долях, что не позволяет произвести подсчет запасов объемным методом. В данном способе не определяется и не учитывается объем воды в капиллярах и объем воды, сорбированной на поверхности глинистых минералов. Без учета объема воды, невозможно достоверно определить коэффициент общей пористости.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является способ определения эффективного водородного индекса одновременно всех флюидов, находящихся в поровом пространстве исследуемого естественно-насыщенного образца, полностью или частично насыщенного одним или несколькими флюидами, при проведении лабораторных измерений методом ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), или исследуемого интервала горной породы при проведении ядерно-магнитного каротажа (ЯМК).

Технический результат: получение эффективного значения водородного индекса одновременно всех флюидов, содержащихся в поровом пространстве изучаемых образцов. Возможность уточнения значения коэффициента общей пористости, полученного на естественно-насыщенных, естественно-насыщенных с донасыщением флюидом, образцах методом ЯМР в лабораторных условиях, и уточнения значения коэффициента общей пористости, полученного при помощи ядерно-магнитного каротажа непосредственно в исследуемом интервале пласта. Уточнение коэффициента общей пористости производят с помощью деления значения коэффициента общей пористости, полученной методом ядерно-магнитного резонанса, на значение эффективного водородного индекса.

Указанный технический результат достигается тем, что способ определения эффективного водородного индекса флюидов полностью или частично насыщающих поровое пространство естественно-насыщенных образцов горных пород, характеризуется следующей последовательностью действий: отбирают несколько естественно-насыщенных образцов горной породы, относящиеся к одному пласту, таким образом, чтобы на одно место взятия приходилось 2 образца, образцы из первой группы дробят и выделяют кусочки размером более 3 мм, на каждой отобранной пробе дробленой породы проводят определение объема твердой фазы Vтв.ф.1i с помощью гелиевого порозиметра, определяют кажущийся объем поровых флюидов Vф.к.1_i; методом ЯМР (при ВИ=1), помещают дробленую пробу в подготовленные стаканчики из фильтровальной бумаги, стаканчики с пробой помещают в аппараты Сокслета для очистки образцов методом экстрагирования в спиртобензольной смеси (или других растворителях и их смесях), после окончания экстракции стаканчики с пробой сушат, при необходимости обессоливают в дистиллированной воде и повторно сушат, при температуре 105°С, определяют объем твердой фазы Vтв.ф.2_i с помощью гелиевого порозиметра, определяют кажущийся объем поровых флюидов методом ЯМР Vф.к.2_i (при ВИ=1), рассчитывают истинный объем флюидов, занимавших поровое пространство по математической зависимости

затем рассчитывают кажущийся объем флюидов (при ВИ=1), занимавших поровое пространство по математической зависимости

рассчитывают эффективный водородный индекс флюидов находящихся в порах естественно-насыщенных образцов по математической зависимости

где n — число исследуемых проб дробленой горной породы,

далее на образцах из второй группы производят определение кажущегося коэффициента пористости методом ЯМР (при ВИ=1) при естественной насыщенности Кп_{каж.при е.н.}, истинный коэффициент пористости рассчитывают по математической зависимости

затем образцы помещают под слой флюида (керосин, модель пластовой воды или др.) и выдерживают их под вакуумом до прекращения выделения пузырьков воздуха, затем образцы помещают в сатуратор, где их выдерживают в течение минимум 2 часов с избыточным делением в 15МПа, производят определение кажущегося коэффициента общей пористости по ЯМР при 100% заполнении порового пространства флюидами Кп_100каж, определяют водородный индекс флюида, которым насыщали образцы ВИ_фл.нас, рассчитывают эффективный водородный индекс всех флюидов, находящихся в поровом пространстве для образцов в естественно-насыщенном состоянии с донасыщением флюидом по математической зависимости

где V_{ист.е.н.} ^_ истинный объем флюидов при естественном насыщении (определяется методом ЯМР с учетом поправки за водородный индекс), мл

ВИ_Эфф.е.н — эффективный водородный индекс флюидов при естественном насыщении

V_фл.нас.^— истинный объем флюида, зашедшего в образец, определяется как отношение разности масс в воздухе после и перед насыщением к плотности флюида, мл

ВИ_фл.нас — водородный индекс флюида, которым донасыщали образец до 100% заполнения всех пор флюидами.

V_{ест.нас+фл.нас.}^_ суммарный истинный объем всех флюидов находящихся в поровом пространстве образца, мл.

далее рассчитывают истинный коэффициент общей пористости образцов, донасыщенных керосином по математической зависимости

Сущность изобретения заключается в том, что из центральной части выбуренного по изолирующей технологии, или запарафинированного на скважине, керна, отбирают несколько естественно-насыщенных образцов горной породы, относящиеся к одному пласту, таким образом, чтобы на одно место взятия приходилось 2 образца.

Один из двух образов дробят и выделяют кусочки размером более Змм.

На каждой отобранной пробе дробленой породы проводят определение объема твердой фазы Vтв.ф1_i с помощью гелиевого порозиметра.

Определяют кажущийся объем поровых флюидов Vф.к.1_i методом ЯМР (при ВИ=1).

Помещают дробленую пробу в подготовленные стаканчики из фильтровальной бумаги. Стаканчики с пробой помещают в аппараты Сокслета для очистки образцов методом экстрагирования в спиртобензольной смеси (или других растворителях и их смесях).

После окончания экстракции стаканчики с пробой сушат, при необходимости обессоливают в дистиллированной воде и повторно сушат.

На очищенной от углеводородов, обессоленной и высушенной при температуре 105°С пробе снова определяют объем твердой фазы Vтв.ф.2_i.

Затем определяют кажущийся объем поровых флюидов методом ЯМР Vф.к.2_i (при ВИ=1).

Определяют истинный объем флюидов, занимавших поровое пространство по формуле

Определяют кажущийся объем флюидов (при ВИ=1), занимавших поровое пространство по формуле

Эффективный водородный индекс флюидов находящихся в порах естественно-насыщенных образцов определяют по формуле:

Где n — число исследуемых проб дробленой горной породы.

На втором цилиндрическом образце производят определение кажущегося коэффициента пористости методом ЯМР (при ВИ=1) при естественной насыщенности Кп_{каж.прие.н.}— А истинный коэффициент пористости определяют по формуле:

Для определения коэффициента общей пористости методом ЯМР необходимо 100% заполнение порового пространства флюидами. В этом случае исследуемые естественно-насыщенные образцы помещают под слой флюида (керосин, модель пластовой воды или др.), которым необходимо насытить образцы до 100% заполнения порового пространства. Выдерживают под слоем флюида под вакуумом до прекращения выделения пузырьков воздуха, затем образцы помещают в сатуратор, где их выдерживают в течение минимум 2 часов с избыточным делением в 15МПа.

После того, как исследуемые образцы насытили флюидом, производят определение кажущегося коэффициента общей пористости по ЯМР при 100% заполнении порового пространства флюидами Кп_100каж. В этом случае происходит изменение количества и состава флюидов в поровом пространстве образцов и соответственно изменение эффективного водородного индекса. Чтобы правильно определить эффективный водородный индекс всех флюидов, находящихся в поровом пространстве, включая, флюид, которым насытили образцы, необходимо сначала определить водородный индекс флюида, которым насыщали образцы ВИ_фл.нас.Чтобы его определить, можно воспользоваться способом, основанным на сравнении амплитуды сигнала ЯМР от исследуемого флюида и дистиллированной воды [Джафаров И.С, Сынгаевский П.Е., Хафизов С.Ф. 2002. Применение метода ядерного магнитного резонанса для характеристики состава и распределения пластовых флюидов, 439. Химия, Москва]. Тогда эффективный водородный индекс всех флюидов, находящихся в поровом пространстве для образцов в естественно-насыщенном состоянии с донасыщением флюидом, будет рассчитываться по формуле:

Где V_{ист.е.н.} ^_ истинный объем флюидов при естественном насыщении (определяется методом ЯМР с учетом поправки за водородный индекс), мл

ВИ_эфф.е.н — эффективный водородный индекс флюидов при естественном насыщении

V_фл.нас.^_ истинный объем флюида, зашедшего в образец, определяется как отношение разности масс в воздухе после и перед насыщением к плотности флюида, мл

ВИ_фл.нас — водородный индекс флюида, которым донасыщали образец до 100% заполнения всех пор флюидами.

V_{ест.нас.+фл.нас.}— суммарный истинный объем всех флюидов находящихся в поровом пространстве образца, мл.

Таким образом, истинный коэффициент общей пористости образцов, донасыщенных керосином, который следует учитывать при подсчете запасов объемным методом, рассчитывают по формуле, аналогичной формуле 8:

Преимущество этого способа перед другими заключается в том, что определяют эффективный водородный индекс одновременно всех флюидов, заполняющих поровое пространство естественно-насыщенных образцов, состав исследуемых флюидов соответствует составу флюидов в местах залегания. Не требуется отдельное определение водородного индекса каждого флюида, заполняющего поровое пространство, с последующим расчетом эффективного значения.

Особенностью заявленного изобретения является то, что данный способ не зависит от формы исходного образца и не требует проведения дополнительных измерений фильтрационно-емкостных свойств.

Практически способ применяют следующим образом.

Заявленное изобретение опробовано на естественно-насыщенных образцах керна, отобранных из скважины 3462-Ем-Еговского месторождения.

Объектом исследования в скважине 3462 Ем-Еговского месторождения являются образцы в естественно-насыщенном состоянии и в естественно-насыщенном состоянии с донасыщением керосином, отобранные из отложений баженовской и абалакской свит.В основном образцы керна представлены глинисто-кремневой породой и кремнево-глинистой породой.

Для определения коэффициента общей пористости в лабораторных условиях методом ЯМР отбирают 14 образцов: 7 образцов из пласта ЮК₀ и 7 образцов из пласта ЮК₁ из естественно-насыщенного керна, выбуренного по изолирующей технологии. Для предотвращения испарения флюидов из отобранных образцов, их обворачивают в 2 слоя пищевой пленки и помещают в бюксы. Перед началом ЯМР измерений определяют геометрические размеры образцов и массу в воздухе (Таблица 1, столбцы 4,5,6) при естественном насыщении. Затем на образцах определяют кажущейся коэффициент пористости при естественном насыщении методом ЯМР (Таблица 1, столбец 7) с помощью ЯМР-анализатора Хроматэк-Протон 20М производства ЗАО «СКБ Хроматэк» и ООО НПП «ГЕФЕС». Помещают образцы под слой керосина (водородный индекс керосина ВИкер=0.95) и выдерживают под вакуумом до прекращения выделения пузырьков воздуха. Затем образцы выдерживают в сатураторе при избыточном давлении 15МПа в течение 2 часов. После насыщения керосином до 100% заполнения порового пространства флюидами, производят взвешивание образца в воздухе (Таблица 1, столбец и определяют кажущийся коэффициент общей пористости при 100% заполнении порового пространства флюидами методом ЯМР (Таблица 1, столбец 9).

Для определения эффективного водородного индекса отбирают 14 образцов дублеров с аналогичным местом взятия и составом образца. Образцы дробят и просеивают на ситах с диаметром ячейки <3 мм, обворачивают в 2 слоя пищевой пленки и помещают в бюксы для предотвращения испарения влаги. На каждом естественно-насыщенном образце дробленой пробы определяют объем Vф.к.1 флюидов, насыщающих поровое пространство естественно-насыщенных образцов дробленой пробы, методом ЯМР (Таб. 2, столбец 5). Затем, производят измерение объема твердой фазы Vтв.ф.1 с помощью гелиевого порозиметра UltraPore-300 производства CoreLab Instruments (Таб. 2, столбец 4).

Помещают естественно-насыщенные образцы дробленой пробы в подготовленные стаканчики из фильтровальной бумаги. Стаканчики с пробой помещают в аппараты Сокслета для очистки образцов методом экстрагирования в хлороформе и выдерживают их таким образом, 14 дней. После очистки от углеводородов, образцы сушат при 105°С в сушильном шкафу до постоянной массы.

Определяют объем поровых флюидов Vф.к.2 методом ЯМР (Таб. 2, столбец 7) и объем твердой фазы Vтв.ф.2 с помощью гелиевого порозиметра (Таб. 2, столбец 6) после очистки от углеводородов и сушки.

По формуле 5 рассчитывают истинный объем флюидов, занимавших поровое пространство образцов дробленой пробы при естественном насыщении (Таб. 2, столбец 8). По формуле 6 рассчитывают кажущийся объем флюидов, занимавших поровое пространство образцов дробленой пробы при естественном насыщении (Таб. 2, столбец 9). По формуле 7 рассчитывают эффективный водородный индекс поровых флюидов для каждого пласта (Таб. 2, столбец 10).

После определения значения эффективного водородного индекса флюидов для пластов ЮК₀ и ЮК₁ с помощью формулы 8 рассчитывают истинный коэффициент пористости для образцов, измеренных методом ЯМР, при естественном насыщении (Таб. 3, столбец 4). Значение эффективного водородного индекса флюидов, насыщающих поровое пространство донасыщенных керосином образцов, определяют по формуле 9. Для этого сначала определяют истинный объем флюидов для каждого естественно-насыщенного образца (Таб. 3, столбец 5) по формуле:

Где V_{ист.е.н.} — истинный объем флюидов при естественном насыщении, мл

Кп_{ист.при е.н.} — истинный коэффициент пористости при естественном насыщении, %

(Истинный коэффициент пористости при естественном насыщении — истинный объем флюидов, определенный методом ЯМР, приведенный к долям пористости).

Затем определяют истинный объем флюида — керосина (Таб. 3, столбец 6), зашедшего в образцы при насыщении, по формуле:

Где M₁ — масса естественно-насыщенного образца, г

М₂ — масса естественно-насыщенного образца с донасыщением керосином, г 0,788 — плотность керосина, г/мл.

Результаты определения эффективного водородного индекса всех флюидов, заполняющих поровое пространство образцов донасыщенных керосином, представлены в Таблице 3 в столбце 7. Истинный коэффициент общей пористости для образцов, донасыщенных керосином рассчитывают по формуле 10 (Таб. 3, столбец 8).

Таким образом, с помощью данного изобретения уточняют результаты лабораторного определения коэффициента общей пористости естественно-насыщенных образцов донасыщенных керосином.

Способ определения эффективного водородного индекса флюидов, полностью или частично насыщающих поровое пространство естественно-насыщенных образцов горных пород, характеризующийся последовательностью действий: отбирают несколько естественно-насыщенных образцов горной породы, относящихся к одному пласту, таким образом, чтобы на одно место взятия приходилось 2 образца, образцы из первой группы дробят и выделяют кусочки размером более 3 мм, на каждой отобранной пробе дробленой породы проводят определение объема твердой фазы Vтв.ф.1_i с помощью гелиевого порозиметра, определяют кажущийся объем поровых флюидов Vф.к.1_i методом ЯМР при ВИ=1, помещают дробленую пробу в подготовленные стаканчики из фильтровальной бумаги, стаканчики с пробой помещают в аппараты Сокслета для очистки образцов методом экстрагирования в спиртобензольной смеси, после окончания экстракции стаканчики с пробой сушат, при необходимости обессоливают в дистиллированной воде и повторно сушат, при температуре 105°С определяют объем твердой фазы Vтв.ф.2_i с помощью гелиевого порозиметра, определяют кажущийся объем поровых флюидов методом ЯМР Vф.к.2_i при ВИ=1, рассчитывают истинный объем флюидов, занимавших поровое пространство, по математической зависимости

затем рассчитывают кажущийся объем флюидов при ВИ=1, занимавших поровое пространство, по математической зависимости

рассчитывают эффективный водородный индекс флюидов, находящихся в порах естественно-насыщенных образцов, по математической зависимости

где n — число исследуемых проб дробленой горной породы, далее на образцах из второй группы производят определение кажущегося коэффициента пористости методом ЯМР при ВИ=1 при естественной насыщенности Кп_{каж.при е.н.}, истинный коэффициент пористости рассчитывают по математической зависимости

затем образцы помещают под слой флюида в виде керосина или модели пластовой воды и выдерживают их под вакуумом до прекращения выделения пузырьков воздуха, затем образцы помещают в сатуратор, где их выдерживают в течение минимум 2 часов с избыточным давлением в 15 МПа, производят определение кажущегося коэффициента общей пористости по ЯМР при 100% заполнении порового пространства флюидами Кп_{100 каж}, определяют водородный индекс флюида, которым насыщали образцы ВИ_фл.нас., рассчитывают эффективный водородный индекс всех флюидов, находящихся в поровом пространстве, для образцов в естественно-насыщенном состоянии с донасыщением флюидом по математической зависимости

где V_{ист.е.н.} ^_ истинный объем флюидов при естественном насыщении (определяется методом ЯМР с учетом поправки за водородный индекс), мл;

ВИ_{эфф.е.н.} — эффективный водородный индекс флюидов при естественном насыщении;

V_фл.нас. ^_ истинный объем флюида, зашедшего в образец, определяется как отношение разности масс в воздухе после и перед насыщением к плотности флюида, мл;

ВИ_фл.нас — водородный индекс флюида, которым донасыщали образец до 100% заполнения всех пор флюидами;

V_{ест.нас.+фл.нас.} ^_ суммарный истинный объем всех флюидов, находящихся в поровом пространстве образца, мл;

далее рассчитывают истинный коэффициент общей пористости образцов, донасыщенных керосином, по математической зависимости

.

From Wikipedia, the free encyclopedia

In the analysis of the molecular formula of organic molecules, the degree of unsaturation (DU) (also known as the index of hydrogen deficiency (IHD), double bond equivalents (DBE), or unsaturation index^[1]) is a calculation that determines the total number of rings and π bonds. A formula is used in organic chemistry to help draw chemical structures. It does not give any information about those components individually—the specific number of rings, or of double bonds (one π bond each), or of triple bonds (two π bonds each). The final structure is verified with use of NMR, mass spectrometry and IR spectroscopy, as well as qualitative inspection. It is based on comparing the actual molecular formula to what would be a possible formula if the structure were saturated—having no rings and containing only σ bonds—with all atoms having their standard valence.

General formula[edit]

The formula for degree of unsaturation is:

where n_i is the number of atoms with valence v_i.^[2]

That is, an atom that has a valence of x contributes a total of x − 2 to the degree of unsaturation. The result is then halved and increased by 1.

Simplified formulae[edit]

For certain classes of molecules, the general formula can be simplified or rewritten more clearly. For example:

where

a = number of carbon atoms in the compound

b = number of hydrogen atoms in the compound

c = number of nitrogen atoms in the compound

f = number of halogen atoms in the compound

or

where C = number of carbons, H = number of hydrogens, X = number of halogens and N = number of nitrogens,^[3] gives an equivalent result.

In either case, oxygen and other divalent atoms do not contribute to the degree of unsaturation, as 2 − 2 = 0.

Explanation[edit]

For hydrocarbons, the DBE (or IHD) tells us the number of rings and/or extra bonds in a non-saturated structure, which equals to the number of hydrogen pairs that are required to make the structure saturated, simply because joining two elements to form a ring or adding one extra bond in a structure reduces the need for two H’s. For non-hydrocarbons, the elements in a pair can include any elements in the lithium family and the fluorine family in the periodic table, not necessary all H’s.

A popular form of the formula is as follows:

where C, N, H and X represent the number of carbon, nitrogen, hydrogen and halogen atoms, respectively. Each of the terms on the RHS can be explained, respectively, as follows:

• Except the terminal carbons, each of the carbons chained to the structure with a single bond requires a pair of hydrogen atoms attached to it. The number C in the formula actually represents the number of hydrogen pairs required for that number of carbons in a saturated structure. (This is also true if a carbon is added to the structure, whether it is inserted to a backbone chain, attached to a terminal to replace a hydrogen, or branched out from a carbon to replace a hydrogen.)
• Each of the two terminal carbons needs one extra hydrogen – that is why 1 is added to the formula. (A branch’s terminal doesn’t need an extra hydrogen added in the calculation because an hydrogen at where the branch attached to must have been replaced, which is true for a branch terminated with any element.)
• Except the terminal nitrogens, each nitrogen in the chain only requires one H attached to it, which is half a pair of hydrogens—that is why + N/2 is in the formula, which gives a value of 1 for every two nitrogens. (This is also true if nitrogen is added into the structure, whether it is inserted to a backbone chain, attached to a terminal to replace an hydrogen, or branched out from a carbon to replace a hydrogen.)
• The H/2 represents the number of hydrogen pairs because it gives a value of 1 for every two hydrogen atoms. It is subtracted in the formula to count how many pairs of hydrogen atoms are missing in the unsaturated structure, which tells us the degree of hydrogen deficiency. (No hydrogen pair is missing if IHD = 0, which corresponds to no H-deficiency.)
• The presence of X/2 is for a reason similar to H/2.

Adding an oxygen atom in the structure requires no hydrogen added, which is why the number of oxygen atoms does not appears in the formula.
Furthermore, the formula can be generalised to include all elements of Group I (the hydrogen and lithium family), Group IV (the carbon family), Group V (the nitrogen family) and Group VII (the fluorine family) of CAS A group in the periodic table as follows:

Or simply,

See also[edit]

• Iodine number — practical measure of number of double bonds in a sample

References[edit]

Young, Paul R. (2000). Practical Spectroscopy. ISBN 0-534-37230-9.

External links[edit]

• Molecular weight and degree of unsaturation calculator
• Degree of Unsaturation

Урок 6. Валентность

В уроке 6 «Валентность» из курса «Химия для чайников» дадим определение валентности, научимся ее определять; рассмотрим элементы с постоянной и переменной валентностью, кроме того научимся составлять химические формулы по валентности. Напоминаю, что в прошлом уроке «Химическая формула» мы дали определение химическим формулам и их индексам, а также выяснили различия химических формул веществ молекулярного и немолекулярного строения.

Вы уже знаете, что в химических соединениях атомы разных элементов находятся в определенных числовых соотношениях. От чего зависят эти соотношения?

Рассмотрим химические формулы нескольких соединений водорода с атомами других элементов:

Нетрудно заметить, что атом хлора связан с одним атомом водорода, атом кислорода — с двумя, атом азота — с тремя, а атом углерода — с четырьмя атомами водорода. В то же время в молекуле углекислого газа СО₂ атом углерода связан с двумя атомами кислорода. Из этих примеров видно, что атомы обладают разной способностью соединяться с другими атомами. Такая способность атомов выражается с помощью численной характеристики, называемой валентностью.

Валентность — численная характеристика способности атомов данного элемента соединяться с другими атомами.

Поскольку один атом водорода может соединиться только с одним атомом другого элемента, валентность атома водорода принята равной единице. Иначе говорят, что атом водорода обладает одной единицей валентности, т. е. он одновалентен.

Валентность атома какого-либо другого элемента равна числу соединившихся с ним атомов водорода. Поэтому в молекуле HCl у атома хлора валентность равна единице, а в молекуле H₂O у атома кислорода валентность равна двум. По той же причине в молекуле NH₃ валентность атома азота равна трем, а в молекуле CH₄ валентность атома углерода равна четырем. Если условно обозначить единицу валентности черточкой |, вышесказанное можно изобразить схематически:

Следовательно, валентность атома любого элемента есть число, которое показывает, со сколькими атомами одновалентного элемента связан данный атом в химическом соединении.

Численные значения валентности обозначают римскими цифрами над символами химических элементов:

Определение валентности

Однако водород образует соединения далеко не со всеми элементами, а вот кислородные соединения есть почти у всех элементов. И во всех таких соединениях атомы кислорода проявляют валентность, равную двум. Зная это, можно определять валентности атомов других элементов в их бинарных соединениях с кислородом. (Бинарными называются соединения, состоящие из атомов двух химических элементов.)

Чтобы это сделать, необходимо соблюдать простое правило: в химической формуле вещества суммарные числа единиц валентности атомов каждого элемента должны быть одинаковыми.

Так, в молекуле воды H₂O общее число единиц валентности двух атомов водорода равно произведению валентности одного атома на соответствующий числовой индекс в формуле:

Так же определяют число единиц валентности атома кислорода:

По величине валентности атомов одного элемента можно определить валентность атомов другого элемента. Например, определим валентность атома углерода в молекуле углекислого газа СО₂:

Согласно вышеприведенному правилу х ·1 = II · 2 , откуда х = IV .

Существует и другое соединение углерода с кислородом — угарный газ СО, в молекуле которого атом углерода соединен только с одним атомом кислорода:

В этом веществе валентность углерода равна II , так как х ·1 = II · 1 , откуда х = II :

Постоянная и переменная валентность

Как видим, углерод соединяется с разным числом атомов кислорода, т. е. имеет переменную валентность. У большинства элементов валентность — величина переменная. Только у водорода, кислорода и еще нескольких элементов она постоянна (см. таблицу).

Составление химических формул по валентности

Зная валентность элементов, можно составлять формулы их бинарных соединений. Например, необходимо записать формулу кислородного соединения хлора, в котором валентность хлора равна семи. Порядок действий здесь таков.

Еще один пример. Составим формулу соединения кремния с азотом, если валентность кремния равна IV , а азота — III .

Записываем рядом символы элементов в следующем виде:

Затем находим НОК валентностей обоих элементов. Оно равно 12 ( IV·III ).

Определяем индексы каждого элемента:

Записываем формулу соединения: Si₃N₄.

В дальнейшем при составлении формул веществ не обязательно указывать цифрами значения валентностей, а необходимые несложные вычисления можно выполнять в уме.

Краткие выводы урока:

1. Численной характеристикой способности атомов данного элемента соединяться с другими атомами является валентность.
2. Валентность водорода постоянна и равна единице. Валентность кислорода также постоянна и равна двум.
3. Валентность большинства остальных элементов не является постоянной. Ее можно определить по формулам их бинарных соединений с водородом или кислородом.

Надеюсь урок 6 «Валентность» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

Коэффициенты и индексы в химических уравнениях

По коэффициенту можно узнать, сколько всего молекул или атомов принимают участие в реакции. Индекс показывает, сколько атомов входит в молекулу. Уравнением реакции называется запись химического процесса с помощью химических формул и математических знаков.

В такой науке, как химия, такая запись называется схемой реакции. Если возникает знак «=», то называется «уравнение». Давайте расставлять коэффициенты. В Са одна частица, так как коэффициент не стоит. Индекс здесь тоже не написан, значит, единица. Справа уравнения Са тоже один. По Са нам не надо работать. Смотрим следующий элемент. Это кислород.

Индекс говорит о том, что здесь две частицы кислорода, а справа без индексов. То есть слева 2 молекулы, а с правой одна молекула. Что делаем? Никаких дополнительных индексов или исправлений в химическую формулу вносить нельзя, так как она написана правильно.

Коэффициенты

Коэффициенты – это то, что написано перед молекулами. Они уже имеют право меняться. Для удобства саму формулу не переписываем. Справа 1 умножаем на 2, чтобы получить и там 2 частицы кислорода.

После того как мы поставили коэффициент, получилось две частицы кальция. Слева же только одна. Значит, теперь перед кальцием мы должны поставить 2.

Теперь проверяем итог. Если количество молекул элементов равно с обеих сторон, то можем поставить знак «равно».

Следующий пример.

2 водорода слева, и после стрелочки у нас тоже 2 водорода. Смотрим дальше. Два кислорода до стрелочки, а после стрелочки индексов нет, значит, 1 атом. Слева больше, а справа меньше. Выходим из положения и ставим коэффициент 2 перед водой.

Умножили всю формулу на 2, и теперь у нас изменилось количество водорода. Умножаем индекс на коэффициент, и получается 4. А с левой стороны осталось две частицы водорода. Вот чтобы получить 4, мы должны водород умножить на 2.

Проверяем. Если везде одинаково, то ставим «равно».

Последний пример в элементарных реакциях.

Вот как раз случай, когда элемент в одной и в другой формуле с одной стороны до стрелочки. 1 атом серы слева и один — справа. Два атома кислорода да еще плюс два кислорода.

• с левой стороны 4 кислорода;
• с правой же стороны находится 3 кислорода;

То есть с одной стороны получается четное число атомов, а с другой — нечетное. Если же мы умножим нечетное в два раза, то получим четное число. Доводим сначала до четного значения. То есть сначала умножаем на 2 всю формулу после стрелочки. После умножения получаем 6 атомов кислорода, да еще и два атома серы. С левой же стороны имеем 1 атом серы. Уравниваем теперь серу. Ставим с левой стороны уравнения перед серой 2.

Реакция нейтрализации

Второй пример более сложный, так как здесь больше элементов вещества.

Эта реакция называется реакцией нейтрализации. Что здесь надо уравнивать в первую очередь?

• с левой стороны 1 атом натрия;
• с правой же стороны индекс говорит о том, что здесь два атома натрия;

Напрашивается вывод, что надо умножить всю формулу на два.

Теперь дальше смотрим, сколько есть серы. С левой и правой стороны по 1 атому серы. Дальше смотрим на кислород. С левой стороны мы имеем 6 атомов кислорода. С другой стороны – 5. Меньше справа, больше слева. Нечетное количество надо довести до четного значения. Для этого формулу воды умножаем на 2, то есть из одного атома кислорода делаем два.

Теперь с правой стороны уже 6 атомов кислорода. С левой стороны тоже 6. Кислород уравнен. Проверяем водород. Два водорода и еще два водорода будет 4 водорода с левой стороны. Смотрим с другой стороны. Здесь также 4 водорода. Все элементы уравнены. Ставим знак «равно».

Следующий пример:

Он интересен тем, что появились скобки. Скобки говорят о том, что если множитель стоит за скобкой, то каждый элемент, стоящий в скобках, умножается на этот множитель. Здесь надо начать с азота, так как его меньше, чем кислорода и водорода. Слева азот 1, а справа, с учетом скобок, его два.

Справа же 2 атома водорода, а нужно 4. Мы просто выходим из положения и умножаем воду на 2, в результате чего получили 4 водорода. Отлично, водород уравняли. Если все элементы не уравнены, нельзя сказать что-то однозначно. Остался не уравненным кислород. До реакции присутствует 8 атомов кислорода, после – тоже 8.

Отлично, все элементы уравнены, можем ставить «равно».

Смотрим барий. Барий уравнен, его трогать не нужно. До реакции присутствуют два хлора, после — всего 1. Что же нужно сделать? Поставить 2 перед хлором после реакции.

Теперь за счет коэффициента, который только что поставили, после реакции два натрия, до реакции его тоже 2. Отлично, все остальное уравнено.

Видео

Из этого видео вы узнаете, как правильно расставлять коэффициенты в химических уравнениях.

Написание формулы по валентности

Валентность — способность атома присоединять то или иное число других атомов с образованием химической связи (см. «Что такое валентность»).

Для того, чтобы выводить химические формулы веществ по валентности элементов, необходимо знать, как минимум, валентности наиболее часто встречающихся элементов.

Алгоритм написания химической формулы вещества по валентности элементов, входящих в него:

1. записать химические знаки элементов, входящих в вещество;
2. определить валентность этих элементов;
3. найти наименьшее общее кратное для валентностей этих элементов;
4. определить индексы для атомов.

Составление формулы оксидов по валентности элементов

В качестве примера составим формулу оксида железа (III).

1. В оксид железа входят железо и кислород: Fe O;
2. Указываем валентность этих элементов: Fe III O II ;
3. Находим наименьшее общее кратное (НОК): 3·2=6;
4. Делим НОК на число единиц валентности каждого элемента:
   • для Fe — 6:3=2;
   • для O — 6:2=3.
5. Записываем полученные индексы справа внизу от элемента: Fe₂O₃.

Составление формулы оснований

Важный нюанс, который неободимо знать — группы атомов могут рассматриваться, как единое целое.

Составление формул оснований по валентности элементов отличается от составления формулы оксидов лишь тем, что вместо атома кислорода в формуле стоит гидроксогруппа OH. В случае, если гидроксогруппа в формуле повторяется несколько раз, она берется в скобки.

В качестве примера составим составим формулу гидроксида магния.

На первом месте в основаниях стоит атом металла, гидроксогруппа — на втором.

Составление формулы солей

В солях «роль» гидроксогруппы OH играют кислотные остатки.

На первом месте в формуле средней соли стоит атом(ы) металла, кислотный остаток — на втором.

В качестве примера составим формулу соли фосфата натрия.

Составление формулы кислот

На первом месте в формуле кислот стоит атом(ы) водорода, кислотный остаток — на втором.

В качестве примера составим формулу серной кислоты.

Потренируемся в решении обратной задачи, когда по готовой формуле надо определить валентность элементов.

Определение валентности по готовой формуле

«Фишка» решения подобных задач заключается в том, что некоторые химические элементы в любых соединениях, в которые они входят, имеют постоянную валентность.

Элементы с постоянной валентностью:

• валентность I: H, F, Li, Na, K, Rb, Cs
• валентность II: O, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn
• валентность III: Al

Большинство элементов в различных соединениях могут принимать различную валентность,, т. е., образовывать различное число химических связей.

Для нахождения валентности элементов с переменной валентностью в том или ином соединении используют правило валентности.

x·m=y·n

в бинарных соединениях типа AmBn произведение валнетности элемента A(x) на кол-во его атомов m равно произведению валентности элемента B(y) на число его атомов n

Определим, используя правило валентности, валентность фософра в соединении P₂O₅.

Поскольку валентность кислорода равна II, то:

Теперь решим ту же задачу, используя алгоритм, описанный выше для выведения формулы по валентности, который будем применять «сзади-наперёд».

Определим валентность фосфора и кислорода в соединении P₂O₅.

1. P₂O₅
2. валентность кислорода равна двум: P₂O₅ II
3. общее число единиц валентности всех атомов вещества будет равно 2·5=10
4. делим общее число единиц валентности (10) на индекс кислорода, валентность которого известна: 10:2=5 — это и будет валентность неизвестного, в нашем случае, фосфора
5. P₂ V O₅ II

Немного усложним задачу и определим валентность элементов в соли кислородсодержащей кислоты Al₂(SO₄)₃.

1. решение задачи начинается с элемента с известной валентностью, т. е., с кислорода — определяем кол-во его атомов: 4·3=12
2. с учётом того, что валентность кислорода равна 2, находим общее число единиц валентности для кислорода: 12·2=24
3. по аналогии вычисляем общее число единиц валентности для атомов алюминия (валентность=3): 2·3=6
4. от общего числа единиц валентности кислорода вычитаем общее число единиц валентности алюминия: 24-6=18 — это общее число единиц валентности, которое будет приходиться на серу
5. по аналогии с кислородом определяем число атомов серы, валентность которой неизвестна: 1·3=3
6. чтобы узнать валентность серы следует разделить разность, найденную в п.4, на число атомов серы: 18:3=6
7. Al₂ III (S VI O₄ II )₃

Если вам понравился сайт, будем благодарны за его популяризацию 🙂 Расскажите о нас друзьям на форуме, в блоге, сообществе. Это наша кнопочка:

Код кнопки:
Политика конфиденциальности Об авторе

OBRAZOVALKA.COM

OBRAZOVALKA.COM — образовательный портал
Наш сайт это площадка для образовательных консультаций, вопросов и ответов для школьников и студентов .

Наша доска вопросов и ответов в первую очередь ориентирована на школьников и студентов из России и стран СНГ, а также носителей русского языка в других странах.

Для посетителей из стран СНГ есть возможно задать вопросы по таким предметам как Украинский язык, Белорусский язык, Казакхский язык, Узбекский язык, Кыргызский язык.

На вопросы могут отвечать также любые пользователи, в том числе и педагоги.

---

Консультацию по вопросам и домашним заданиям может получить любой школьник или студент.