FR2734056A1 - MEASURING CELL WITH MULTIPLE PRESSURE SOCKET - Google Patents
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Abstract
- Dispositif pour étudier l'interaction d'un fluide en écoulement dans un milieu poreux entouré par une membrane et soumis à une pression de confinement. - La membrane comporte sur au moins une partie de sa circonférence une rainure reliée à une prise de pression pour mesurer la pression régnant au niveau de la rainure.- Device for studying the interaction of a flowing fluid in a porous medium surrounded by a membrane and subjected to a confining pressure. - The membrane comprises on at least part of its circumference a groove connected to a pressure outlet for measuring the pressure prevailing at the level of the groove.
Description
La présente invention concerne un dispositif ou une cellule de mesure deThe present invention relates to a device or a measuring cell of
pression de type Hassler, permettant notamment de mesurer l'interaction d'un fluide en circulation dans un milieu poreux. La présente invention permet avantageusement d'obtenir cette information en reproduisant des conditions de pression, température et Hassler type pressure, in particular for measuring the interaction of a circulating fluid in a porous medium. The present invention advantageously makes it possible to obtain this information by reproducing pressure, temperature and
confinement proches des réservoirs pétroliers, par exemple. containment close to oil tanks, for example.
La présente invention trouve particulièrement bien son application pour déterminer la perméabilité d'un milieu poreux, pouvant être hétérogène ou non, provenant d'une formation géologique. Ainsi, elle peut être avantageusement utilisée dans le domaine pétrolier pour contrôler et/ou quantifier des phénomènes d'interaction fluide/milieu, tels que les phénomènes d'endommagement, de restauration, de stimulation ou The present invention finds its application particularly well to determine the permeability of a porous medium, which may be heterogeneous or not, from a geological formation. Thus, it can be advantageously used in the oil field to control and / or quantify fluid / medium interaction phenomena, such as damage phenomena, restoration, stimulation or
simplement de drainage des milieux poreux. simply draining porous media.
Le dispositif selon l'invention est avantageusement utilisé comme dispositif de laboratoire permettant d'évaluer en dynamique le comportement The device according to the invention is advantageously used as a laboratory device for dynamically evaluating the behavior
de milieux poreux, telles des roches réservoir par rapport à un fluide. porous media, such as reservoir rocks with respect to a fluid.
Une telle évaluation qualitative et/ou quantitative permet notamment de prévoir le comportement de milieux poreux dans lesquels peuvent circuler des fluides à une échelle qui permet directement l'extrapolation des résultats Such a qualitative and / or quantitative evaluation makes it possible in particular to predict the behavior of porous media in which fluids can circulate on a scale that directly allows extrapolation of the results.
ou leur mise à l'échelle.or scaling them.
Le contrôle d'un milieu poreux dans lequel circule un fluide repose principalement sur la détermination de sa perméabilité. Cette mesure de perméabilité fait intervenir la perte de charge due à la circulation du fluide dans le milieu poreux, ce fluide pouvant être inerte par rapport au milieu ou The control of a porous medium in which a fluid circulates depends mainly on the determination of its permeability. This permeability measurement involves the pressure drop due to the circulation of the fluid in the porous medium, this fluid being able to be inert with respect to the medium or
interagir avec ce dernier.interact with it.
L'un des dispositifs le plus utilisé dans l'art antérieur est la cellule de type Hassler. Le milieu poreux dont on souhaite connaître le comportement lorsqu'il est soumis à la circulation d'un fluide, inerte ou interagissant avec lui, est placé à l'intérieur d'une enceinte, soumis à une pression de confinement par l'intermédiaire d'une membrane entourant l'échantillon. Le fluide est injecté à une extrémité du milieu poreux et on mesure la perte de One of the most used devices in the prior art is the Hassler type cell. The porous medium whose behavior is desired when it is subjected to the circulation of a fluid, inert or interacting with it, is placed inside an enclosure, subjected to a confining pressure via a membrane surrounding the sample. The fluid is injected at one end of the porous medium and the loss of
charge ou différence de pression entre les deux extrémités du milieu poreux. charge or pressure difference between the two ends of the porous medium.
D'après la loi de Darcy connue de l'homme de métier, la mesure de la perte de charge est représentative, par exemple, de la perméabilité du milieu poreux par According to Darcy's law known to those skilled in the art, the measurement of the pressure drop is representative, for example, of the permeability of the porous medium by
rapport au fluide injecté, et/ou des phénomènes d'interaction précités. relative to the injected fluid, and / or the aforementioned interaction phenomena.
Néanmoins, la mesure ainsi obtenue est une mesure globale et peut dans certains cas se révéler imprécise, surtout pour des roches présentant des hétérogénéités locales importantes. Une première amélioration a consisté à positionner des prises de pression ou dispositifs permettant de déterminer la pression en plusieurs endroits situés sur la longueur d'un échantillon d'un milieu poreux, pour déterminer par exemple la valeur de perméabilité du milieu poreux pour différentes sections de l'échantillon ou encore étudier les phénomènes d'interaction fluide/milieu poreux pour différentes sections. La membrane entourant l'échantillon est pour cela munie de plusieurs orifices, distribués le long de l'échantillon qui permettent d'avoir accès à la pression existant au niveau d'une section donnée. Néanmoins, une telle prise de pression ponctuelle peut encore limiter la précision de la valeur de pression à une valeur moyenne de pression régnant principalement dans une zone située au voisinage de l'orifice. Une telle mesure peut donc cacher certaines Nevertheless, the measurement thus obtained is a global measure and may in some cases be imprecise, especially for rocks with significant local heterogeneities. A first improvement consisted in positioning pressure taps or devices making it possible to determine the pressure in several places located along the length of a sample of a porous medium, to determine, for example, the permeability value of the porous medium for different sections of the porous medium. the sample or study the phenomena of fluid interaction / porous medium for different sections. The membrane surrounding the sample is therefore provided with several orifices, distributed along the sample which allow access to the existing pressure at a given section. Nevertheless, such a point pressure pick-up can further limit the accuracy of the pressure value to an average pressure value prevailing mainly in an area in the vicinity of the orifice. Such a measure may therefore hide certain
hétérogénéités réparties dans les trois dimensions du milieu poreux. distributed heterogeneities in the three dimensions of the porous medium.
Les dispositifs et méthodes précités de l'art antérieur offrent des informations limitées relatives à différents phénomènes pouvant survenir lorsqu'un fluide circule dans un milieu poreux et ne permettent pas d'obtenir de manière précise des informations sur la globalité de l'échantillon dans The aforementioned devices and methods of the prior art offer limited information relating to various phenomena that may occur when a fluid circulates in a porous medium and do not make it possible to obtain accurate information on the entire sample in
l'espace en trois dimensions.the space in three dimensions.
La présente invention propose un dispositif qui pallie ces inconvénients et qui permet, notamment d'évaluer l'interaction ou l'effet d'un fluide circulant dans un milieu poreux, ceci spatialement dans un volume à trois dimensions de l'échantillon. Une telle mesure tient ainsi compte des The present invention proposes a device which overcomes these disadvantages and which makes it possible, in particular to evaluate the interaction or the effect of a fluid flowing in a porous medium, this spatially in a three-dimensional volume of the sample. Such a measure thus takes into account
hétérogénéités pouvant exister dans le milieu poreux. heterogeneities that may exist in the porous medium.
Pour cela, l'invention propose un dispositif qui permet de déterminer, spatialement ou en trois dimensions, l'interaction d'un fluide circulant dans un échantillon d'un milieu poreux pour une section donnée, en effectuant une mesure de pression au niveau d'une rainure située au moins sur une partie de la périphérie d'une section donnée. Une telle prise de pression permet notamment d'avoir accès à la pression régnant dans la totalité de la section située au voisinage de la rainure, cette dernière récupérant une partie du fluide parcourant l'échantillon et en particulier le fluide passant au niveau de la périphérie de la rainure et aux limites. Le fluide peut être inerte ou For this, the invention proposes a device that makes it possible to determine, spatially or in three dimensions, the interaction of a fluid flowing in a sample of a porous medium for a given section, by performing a pressure measurement at the level of a groove located at least on a part of the periphery of a given section. Such a pressure tap notably makes it possible to have access to the pressure prevailing in the whole of the section situated in the vicinity of the groove, the latter recovering part of the fluid passing through the sample and in particular the fluid passing at the periphery. the groove and the limits. The fluid can be inert or
interactif vis à vis du milieu.interactive with respect to the environment.
En répartissant plusieurs rainures distribuées sur la longueur de l'échantillon on augmente avantageusement la précision des mesures de By distributing several grooves distributed over the length of the sample, the accuracy of the measurements of the sample is advantageously increased.
pression et donc la connaissance des effets entre un fluide et un milieu poreux. pressure and therefore the knowledge of the effects between a fluid and a porous medium.
Avantageusement, il permet de reproduire les conditions réelles dans Advantageously, it makes it possible to reproduce the real conditions in
lesquelles peuvent se trouver un milieu poreux. which may be a porous medium.
La présente invention concerne un dispositif permettant de déterminer l'interaction ou l'effet d'un fluide en circulation ou en écoulement dans un milieu poreux, ledit milieu poreux étant entouré par une membrane et positionné à l'intérieur d'une enceinte, ladite enceinte étant pourvue d'au moins un moyen d'arrivée d'un fluide à injecter dans le milieu poreux situé à une première extrémité de l'enceinte, et d'au moins une conduite de sortie du fluide ayant parcouru le milieu poreux, les parois intérieures de l'enceinte et la face externe de la membrane créant ainsi un espace de confinement Il est caractérisé en ce que la membrane comporte sur au moins une partie de sa circonférence au moins une rainure reliée à un moyen permettant The present invention relates to a device for determining the interaction or the effect of a fluid in circulation or in flow in a porous medium, said porous medium being surrounded by a membrane and positioned inside a chamber, said enclosure being provided with at least one inlet means for a fluid to be injected into the porous medium situated at a first end of the enclosure, and at least one outlet pipe for the fluid having traversed the porous medium, the internal walls of the enclosure and the outer face of the membrane thus creating a confinement space It is characterized in that the membrane comprises on at least a portion of its circumference at least one groove connected to a means allowing
de déterminer la pression du fluide régnant au niveau de la rainure. to determine the pressure of the fluid prevailing at the groove.
Selon un mode de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comporter plusieurs rainures réparties le long de la membrane selon des distances choisies par rapport à la face d'entrée du fluide dans le milieu poreux According to one embodiment, the device according to the invention may comprise a plurality of grooves distributed along the membrane at selected distances with respect to the inlet face of the fluid in the porous medium.
en fonction de l'interaction étudiée entre le fluide et le milieu poreux. depending on the interaction studied between the fluid and the porous medium.
Au moins une desdites rainures peut s'étendre sur la totalité de la At least one of said grooves may extend over the entire
périphérie de la membrane.periphery of the membrane.
Selon un autre mode de réalisation, la membrane peut comporter plusieurs rainures disposées sur une même périphérie de la membrane et According to another embodiment, the membrane may comprise several grooves disposed on the same periphery of the membrane and
reliées chacune à un moyen permettant de détecter la pression. each connected to a means for detecting the pressure.
Le moyen permettant de détecter la pression comporte, par exemple, un The means for detecting the pressure comprises, for example, a
insert enfiché dans la membrane.insert plugged into the membrane.
Chacun des inserts peut être relié à un tube tel qu'un capillaire contenant un fluide tel qu'un liquide, le capillaire passant dans l'espace de Each of the inserts can be connected to a tube such as a capillary containing a fluid such as a liquid, the capillary passing into the space of
confinement avant de traverser une des extrémités de l'enceinte. containment before crossing one end of the enclosure.
Le dispositif selon l'invention trouve avantageusement son application pour mesurer la perméabilité d'un milieu poreux et/ou étudier la cinétique de colmatage d'un milieu poreux par un fluide et/ou étudier l'endommagement d'un milieu poreux provoqué par la circulation d'un fluide et/ou étudier l'interaction entre un fluide circulant dans une roche mère contenant des The device according to the invention advantageously has its application for measuring the permeability of a porous medium and / or to study the kinetics of clogging of a porous medium with a fluid and / or to study the damage of a porous medium caused by the circulation of a fluid and / or to study the interaction between a fluid circulating in a source rock containing
hydrocarbures ou roche réservoir.hydrocarbons or reservoir rock.
Avantageusement le dispositif selon l'invention permet d'évaluer de manière quantitative et/ou qualitative les phénomènes d'interaction existants Advantageously, the device according to the invention makes it possible to quantitatively and / or qualitatively evaluate the existing interaction phenomena.
entre un milieu poreux et un fluide circulant dans ce dernier. between a porous medium and a fluid flowing in the latter.
Ainsi, il peut être utilisé pour: - évaluer l'endommagement des milieux poreux provoqué par un fluide Thus, it can be used to: - evaluate the damage of porous media caused by a fluid
comportant des particules et/ou susceptible d'interagir physico- particles and / or capable of interacting physically with
chimiquement avec le milieu pour former des particules qui vont ainsi circuler dans le milieu poreux, - étudier la restauration ou la stimulation d'un milieu poreux dans lequel un solvant ou un fluide de type acide est injecté, - évaluer les propriétés de drainage ou de récupération assistée d'un milieu poreux saturée par une huile et dans lequel on injecte un fluide permettant d'améliorer la circulation de l'huile, chemically with the medium to form particles which will thus circulate in the porous medium, - to study the restoration or the stimulation of a porous medium in which a solvent or an acid-type fluid is injected, - to evaluate the drainage or assisted recovery of a porous medium saturated with an oil and in which a fluid is injected to improve the circulation of the oil,
- mesurer la perméabilité d'un échantillon de roche mère ou réservoir. - measure the permeability of a sample of bedrock or reservoir.
Il peut aussi être utilisé dans tous les domaines o l'on cherche à connaître le comportement du couple milieu poreux-fluide circulant à l'intérieur. L'échantillon sur lequel sont effectuées les mesures de pression est It can also be used in all areas where one seeks to know the behavior of the porous-fluid medium couple circulating inside. The sample on which the pressure measurements are carried out is
choisi de manière à être le plus représentatif du milieu o il est prélevé. chosen to be the most representative of the environment in which it is taken.
La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront The present invention will be better understood and its advantages will become apparent
plus clairement à la description qui suit d'exemples particuliers, nullement more clearly to the following description of particular examples, in no way
limitatifs, illustrés par les figures ci-annexées: - la figure I illustre dans son ensemble le dispositif selon l'invention, - les figures 2A et 2B montrent de manière détaillée un exemple de réalisation d'une membrane comprenant plusieurs rainures s'étendant sur la totalité de sa circonférence, - les courbes des figures 3A et 3B sont des exemples d'application de l'invention pour étudier la cinétique des phénomènes d'endommagement dûs à la circulation d'un fluide comprenant des particules, et - la figure 4 schématise un autre mode de réalisation selon l'invention pour lequel la membrane est pourvue de plusieurs tronçons de rainures réparties FIG. 1 illustrates the device according to the invention as a whole. FIGS. 2A and 2B show in detail an embodiment of a membrane comprising a plurality of grooves extending over the whole of its circumference, the curves of FIGS. 3A and 3B are examples of application of the invention to study the kinetics of the phenomena of damage due to the circulation of a fluid comprising particles, and FIG. 4 schematizes another embodiment according to the invention for which the membrane is provided with several segments of distributed grooves
sur une même circonférence.on the same circumference.
Le principe utilisé dans l'invention consiste à effectuer des mesures de pression d'un fluide contenu dans une rainure ou gorge, en plusieurs endroits choisis de façon adéquate suivant la nature de l'analyse à réaliser d'un milieu poreux à l'intérieur duquel circule un fluide pour déterminer l'interaction du fluide avec le milieu poreux. La pression est transmise de manière statique The principle used in the invention consists in taking measurements of the pressure of a fluid contained in a groove or groove, in several places chosen in a suitable manner according to the nature of the analysis to be carried out of a porous medium inside. which circulates a fluid to determine the interaction of the fluid with the porous medium. The pressure is transmitted statically
jusqu'à un dispositif de mesure de pression. to a pressure measuring device.
La rainure entourant au moins en partie une section donnée du milieu poreux, est remplie du fluide provenant de l'ensemble de la périphérie de la section située au voisinage de la rainure et aussi des zones situées à proximité The groove surrounding at least in part a given section of the porous medium, is filled with the fluid from the entire periphery of the section located in the vicinity of the groove and also the areas located nearby.
de cette section.of this section.
La mesure de pression est ainsi effectuée sur une quantité de fluide provenant de divers endroits distribués spatialement au voisinage de la rainure ou de portions de rainure concernées et donc plus représentative des The pressure measurement is thus performed on a quantity of fluid from various spatially distributed locations in the vicinity of the groove or groove portions concerned and therefore more representative of
phénomènes d'interaction habituellement évalués par une mesure ponctuelle. interaction phenomena usually evaluated by a point measurement.
Afin de mieux cerner le principe du dispositif selon l'invention, la In order to better understand the principle of the device according to the invention, the
description donnée ci-après à titre d'exemple non limitatif est utilisé pour description given below by way of non-limiting example is used to
mesurer la perméabilité d'un milieu poreux saturé par un fluide, provenant par exemple d'un réservoir pétrolier présentant un certain degré d'hétérogénéité. Le dispositif décrit à la figure 1 est une cellule de type Hassler modifiée measuring the permeability of a porous medium saturated with a fluid, for example from a petroleum reservoir having a certain degree of heterogeneity. The device described in FIG. 1 is a modified Hassler type cell
dans laquelle on a introduit un échantillon de milieu poreux à étudier. in which a sample of porous medium to be studied has been introduced.
L'échantillon est par exemple une carotte cylindrique. The sample is for example a cylindrical core.
Il comporte une enceinte 1 fermée à une première de ses extrémités par exemple par une première pièce 2 comportant au moins un conduit 3 d'arrivée d'un fluide destiné à être injecté dans le milieu poreux à étudier et pouvant être relié à une pompe d'injection. Le fluide est destiné à circuler dans le It comprises an enclosure 1 closed at one of its ends, for example by a first part 2 comprising at least one conduit 3 for the arrival of a fluid intended to be injected into the porous medium to be studied and which can be connected to a pump. 'injection. The fluid is intended to circulate in the
milieu et à le saturer.middle and saturate it.
La première pièce ou tête d'injection 2 comporte aussi un conduit d'introduction 4 d'un fluide de confinement qui peut être relié à une pompe permettant de générer un fluide de confinement sous une valeur de pression suffisante pour empêcher toute fuite à la surface de l'échantillon et à ses extrémités et un conduit de purge du fluide de confinement 4'. Un conduit de purge 5 du fluide de saturation est par exemple The first part or injection head 2 also comprises a conduit 4 for introducing a confinement fluid that can be connected to a pump for generating a confining fluid at a pressure value sufficient to prevent any leakage to the surface. of the sample and at its ends and a purge conduit of the confinement fluid 4 '. A purge pipe 5 of the saturation fluid is for example
positionné dans la tête d'injection. positioned in the injection head.
L'enceinte 1 est fermée à une deuxième extrémité, par exemple située à l'extrémité opposée de la première pièce 2, par une seconde pièce 6 munie d'au The chamber 1 is closed at a second end, for example located at the opposite end of the first piece 2, by a second piece 6 provided with the
moins un conduit d'évacuation 7 du fluide ayant parcouru le milieu poreux. at least one exhaust duct 7 of the fluid having passed through the porous medium.
Les parois intérieures de l'enceinte 1, de la première pièce 2 et de la seconde pièce 6 délimitent l'intérieur de la cellule de mesure dans lequel est The inner walls of the enclosure 1, the first part 2 and the second part 6 delimit the inside of the measuring cell in which is
disposé l'échantillon.arranged the sample.
L'échantillon 8 à analyser est entouré par une membrane 9 et positionné à l'intérieur de l'enceinte 1 entre respectivement la première 2 et la deuxième pièce 6. La membrane 9 est par exemple cylindrique et entoure l'échantillon sur au moins toute sa longueur et de préférence le dépasse de manière à s'appuyer sur les premières et seconde pièces et assurer ainsi l'étanchéité de l'ensemble par une pression appliquée dessus, c'est-à-dire du côté entrée entre la tête d'injection 2, l'espace 10 situé avant l'échantillon et l'échantillon, et du coté sortie de la cellule entre l'échantillon et la pièce de sortie. La membrane 9 vient ainsi entourer sur une longueur 9a la tête d'injection et sur une The sample 8 to be analyzed is surrounded by a membrane 9 and positioned inside the chamber 1 between respectively the first 2 and second part 6. The membrane 9 is for example cylindrical and surrounds the sample on at least all its length and preferably exceeds it so as to rely on the first and second parts and thus seal the assembly by a pressure applied on it, that is to say on the input side between the head of injection 2, the space 10 located before the sample and the sample, and the output side of the cell between the sample and the output piece. The membrane 9 thus surrounds for a length 9a the injection head and on a
longueur 9b la pièce de sortie.length 9b the output piece.
Un tel mode de réalisation permet d'assurer l'étanchéité complète de Such an embodiment makes it possible to ensure the complete watertightness of
l'ensemble.all.
L'échantillon du milieu poreux 8 est placé par exemple à une distance donnée de la première pièce pour créer un espace 10 de distribution du fluide à injecter dans le milieu poreux. Le volume de l'espace de distribution 10 peut être réglable, et est choisi notamment en fonction de la nature et de la quantité de fluide injecté dans le milieu poreux. Il permet aussi au fluide injecté d'être réparti de préférence uniformément par rapport à la face d'entrée de l'échantillon poreux et de balayer sensiblement la totalité de sa surface. On désigne par face d'entrée de l'échantillon poreux la face qui reçoit le fluide The sample of the porous medium 8 is placed for example at a given distance from the first piece to create a space 10 for dispensing the fluid to be injected into the porous medium. The volume of the dispensing space 10 can be adjustable, and is chosen in particular according to the nature and the amount of fluid injected into the porous medium. It also allows the injected fluid to be distributed preferably uniformly with respect to the entry face of the porous sample and substantially to sweep the entire surface thereof. Porous sample inlet face refers to the face receiving the fluid
injecté et donc la face positionnée vers la tête d'injection. injected and therefore the face positioned towards the injection head.
Ceci est vrai quelque soit la manière dont on injecte le fluide, matricielle, tangentielle ou sous agitation mécanique, dans ce dernier cas, on peut utiliser un agitateur connu de l'homme de métier situé au niveau de This is true regardless of the manner in which the fluid is injected, matrix, tangential or with mechanical stirring, in the latter case, it is possible to use a stirrer known to those skilled in the art at the level of
l'espace 10.the space 10.
Le fluide de saturation de l'échantillon sort du conduit 3, passe dans l'espace 10 avant de pénétrer, par exemple de manière matricielle dans l'échantillon. Le fluide de saturation pénètre et s'infiltre dans l'échantillon avant de ressortir en majorité par le conduit d'évacuation 7. Une partie du fluide va The saturation fluid of the sample leaves the duct 3, passes into the space 10 before entering, for example in a matrix manner into the sample. The saturation fluid penetrates and infiltrates into the sample before emerging mainly through the evacuation duct 7. Part of the fluid goes
envahir les rainures situées dans la membrane comme décrit ci-après. invade the grooves in the membrane as described below.
Avantageusement, l'extrémité 11 de la seconde pièce située en face de l'échantillon a une forme adaptée pour créer un espace 12, dont la forme conique, par exemple, draine le fluide ayant parcouru l'échantillon et l'évacue Advantageously, the end 11 of the second piece located in front of the sample has a shape adapted to create a space 12, whose conical shape, for example, drains the fluid having traveled the sample and discharges it.
par le conduit d'évacuation 7 du fluide avec lequel il communique. through the exhaust duct 7 of the fluid with which it communicates.
Les parois intérieures de l'enceinte 1, des première et deuxième pièces délimitent avec l'échantillon un espace 13. Ainsi, pour le dispositif de la figure 1, le diamètre intérieur de l'enceinte et le diamètre extérieur de l'échantillon 8 entouré de la membrane 9 sont choisis pour créer un espace annulaire 13 rempli par exemple d'un fluide de confinement sous pression arrivant par le conduit 4 pour créer une pression de confinement autour de l'échantillon. La pression applique la membrane sur l'échantillon et sur les embouts de la cellule. La mise sous pression du fluide de confinement s'effectue par l'intermédiaire d'un dispositif tel qu'une pompe non représentée sur la figure pour des raisons de simplification reliée au conduit d'introduction du fluide The inner walls of the enclosure 1, the first and second parts delimit with the sample a space 13. Thus, for the device of Figure 1, the inside diameter of the enclosure and the outside diameter of the sample 8 surrounded of the membrane 9 are chosen to create an annular space 13 filled for example with a pressurized containment fluid arriving through the conduit 4 to create a confining pressure around the sample. The pressure applies the membrane on the sample and on the tips of the cell. The pressurization of the confinement fluid takes place via a device such as a pump not shown in the figure for the sake of simplification connected to the fluid introduction conduit.
de confinement.confinement.
Le fluide de confinement autour de la membrane permet ainsi de restituer la pression de confinement ou pression terrastatique naturelle dans The confinement fluid around the membrane thus makes it possible to restore the confining pressure or natural terrastatic pressure in
laquelle se trouve la roche analysée. which is the rock analyzed.
La membrane 9 cylindrique ajustée au diamètre de l'échantillon comporte, par exemple, plusieurs rainures 14 s'étendant sur toute sa circonférence. Chaque rainure 14 est reliée à une prise de pression constituée par exemple d'un insert 15 noyé dans la membrane 9. Un insert est par exemple relié à un tube 16 rempli de fluide tel un liquide transmettant l'information et communiquant avec des dispositifs habituellement utilisés, par exemple des vannes, des capteurs de pression et des moyens de traitement des informations obtenues non représentés sur la figure pour des raisons de clarté. Des variantes de réalisation pour les formes de rainure 14 sont données The cylindrical membrane 9 adjusted to the diameter of the sample comprises, for example, several grooves 14 extending over its entire circumference. Each groove 14 is connected to a pressure tap consisting for example of an insert 15 embedded in the membrane 9. An insert is for example connected to a tube 16 filled with fluid such as a liquid transmitting the information and communicating with devices usually used, for example valves, pressure sensors and information processing means obtained not shown in the figure for the sake of clarity. Alternative embodiments for groove shapes 14 are given
de manière plus détaillée aux figures 2A, 2B et 4 décrites ci-après. in more detail in Figures 2A, 2B and 4 described below.
Sous l'effet de la pression de confinement, une partie du fluide contenu dans l'échantillon remplit chacune des rainures situées autour d'une ou de plusieurs sections données de l'échantillon. Ce fluide est représentatif de la pression existant au niveau de la section de l'échantillon placée en face de la rainure et au voisinage proche de la section. Il est donc représentatif spatialement, de la pression et traduit les phénomènes d'interactions qui se Under the effect of the confining pressure, a portion of the fluid contained in the sample fills each of the grooves around one or more given sections of the sample. This fluid is representative of the pressure existing at the section of the sample placed in front of the groove and in the close vicinity of the section. It is therefore spatially representative of the pressure and reflects the phenomena of interactions that occur
sont produits entre le fluide en circulation et le milieu poreux. are produced between the circulating fluid and the porous medium.
La pression se transmet de manière statique par l'intermédiaire du fluide présent dans le capillaire 16 jusqu'à un dispositif de mesure non The pressure is transmitted statically through the fluid present in the capillary 16 to a non-metering device.
représenté sur la figure, tel un capteur de pression. shown in the figure, such as a pressure sensor.
Un ensemble de vannes reliées chacune à un capillaire 16 permettent par exemple avantageusement de sélectionner les rainures sur lesquelles on A set of valves each connected to a capillary 16 allow for example advantageously to select the grooves on which one
effectue les mesures.perform the measurements.
Tous ces dispositifs sont par exemple reliés à un dispositif de commande et de traitement des données, par exemple un micro-ordinateur. Ce dernier peut aussi gérer l'envoi, de manière quantitative, qualitative et temporelle du All these devices are for example connected to a control device and data processing, for example a microcomputer. The latter can also manage the sending, quantitatively, qualitatively and temporally, of the
fluide injecté dans le milieu poreux. fluid injected into the porous medium.
Il peut aussi contrôler les conduites de purge du fluide de confinement, It can also control the purge lines of the containment fluid,
et du fluide injecté dans l'échantillon. and fluid injected into the sample.
Avantageusement les tubes 16 ou capillaires passent à travers l'espace annulaire 13 avant de ressortir du dispositif par des orifices appropriés 17 disposés dans la tête d'injection. Une telle disposition permet de diminuer Advantageously, the tubes 16 or capillaries pass through the annular space 13 before emerging from the device through appropriate orifices 17 disposed in the injection head. Such a provision makes it possible to reduce
l'encombrement du dispositif.the size of the device.
La nature du fluide de circulation dans le milieu poreux est choisi par rapport à l'analyse effectuée, différents exemples sont donnés dans la suite de The nature of the circulation fluid in the porous medium is chosen with respect to the analysis carried out, various examples are given in the following
la description.the description.
Le fluide injecté peut ainsi interagir chimiquement avec le milieu poreux, par exemple en dissolvant une partie du milieu, physiquement et/ou The injected fluid can thus chemically interact with the porous medium, for example by dissolving a part of the medium, physically and / or
avoir des effets physico-chimiques avec le milieu poreux dans lequel il circule. have physico-chemical effects with the porous medium in which it circulates.
Il peut aussi être inerte par rapport au milieu. It can also be inert with respect to the medium.
Un tel dispositif est avantageusement utilisé pour déterminer la Such a device is advantageously used to determine the
perméabilité d'un échantillon de réservoir pour un fluide donné. permeability of a reservoir sample for a given fluid.
L'échantillon à étudier est positionné dans la cellule de la manière décrite ci dessus. Le fluide de balayage introduit sous pression par le conduit d'introduction 3 est distribué dans l'espace 10 dans lequel il se répartit de façon à balayer la totalité de la surface de l'échantillon et s'infiltrer à l'intérieur. Le fluide est introduit en quantité suffisante pour, de préférence, saturer l'échantillon. La quantité de fluide envoyé dans l'espace 10 peut être contrôlé à l'aide d'une vanne reliée au conduit d'injection, cette vanne The sample to be studied is positioned in the cell as described above. The sweeping fluid introduced under pressure by the introduction conduit 3 is distributed in the space 10 in which it is distributed so as to scan the entire surface of the sample and infiltrate inside. The fluid is introduced in sufficient quantity to preferably saturate the sample. The quantity of fluid sent into the space 10 can be controlled by means of a valve connected to the injection duct, this valve
pouvant être pilotée manuellement ou par le micro-contrôleur. can be controlled manually or by the micro-controller.
Simultanément, par exemple, on injecte un fluide de confinement dans l'espace annulaire 13 pour générer la pression de confinement ou restituer Simultaneously, for example, a confinement fluid is injected into the annular space 13 to generate the confining pressure or to restore
une pression terrastatique autour de l'échantillon à tester. a terrastatic pressure around the sample to be tested.
Au moins une partie du fluide circulant dans le milieu poreux soumis à la pression de confinement pénètre dans les rainures ou les At least a portion of the fluid flowing in the porous medium subjected to the confining pressure enters the grooves or
portions de rainure présentes dans la membrane. groove portions present in the membrane.
L'insert 15 en liaison avec une rainure 14 et un capillaire 16 transmet, grâce au liquide contenu dans le capillaire, un signal représentatif de la pression régnant dans une section donnée de l'échantillon ou tranche de l'échantillon poreux située à proximité de la rainure ou de portions de rainures. Dans l'exemple décrit aux figures 2A et 2B, l'échantillon est une carotte cylindrique et la membrane comporte, par exemple, trois gorges ou rainures 14a, 14b, 14c réparties par exemple sur une longueur de lcm. Un tel agencement est particulièrement bien adapté lorsque l'on cherche à étudier des interactions fluide, roche ou échantillon, qui se produisent dans un faible intervalle au voisinage de la face d'entrée du fluide. Pour des raisons d'encombrement, les inserts reliés aux rainures 15a, 15b, 15c sont décalés les uns par rapport aux autres par exemple d'un angle de 120 (Fig. 2B). La mesure de pression effectuée au niveau de chaque insert relié à un capillaire s'effectue sur une quantité plus importante de fluide que lorsqu'on réalise des mesures ponctuelles puisque le volume de la rainure recueillant le fluide correspond sensiblement à la surface de la périphérie de la tranche du The insert 15 in connection with a groove 14 and a capillary 16 transmits, thanks to the liquid contained in the capillary, a signal representative of the pressure prevailing in a given section of the sample or slice of the porous sample located near the the groove or portions of grooves. In the example described in Figures 2A and 2B, the sample is a cylindrical core and the membrane comprises, for example, three grooves or grooves 14a, 14b, 14c distributed for example over a length of 1cm. Such an arrangement is particularly well suited when one seeks to study fluid interactions, rock or sample, which occur in a small range in the vicinity of the inlet face of the fluid. For reasons of space, the inserts connected to the grooves 15a, 15b, 15c are offset relative to each other for example by an angle of 120 (FIG 2B). The pressure measurement performed at each insert connected to a capillary takes place over a larger quantity of fluid than when spot measurements are taken since the volume of the groove collecting the fluid substantially corresponds to the surface of the periphery of the fluid. the slice of
milieu considérée et à son voisinage. considered environment and in its vicinity.
On augmente ainsi la précision des mesures par rapport à des mesures ponctuelles. Par exemple pour le dispositif décrit à la figure 1 comprenant 6 rainures situées respectivement à des distances xl, x2, x3,. This increases the accuracy of the measurements with respect to one-off measurements. For example for the device described in Figure 1 comprising 6 grooves located at distances xl, x2, x3, respectively.
.x6, les informations obtenues au niveau de chacune des prises de pression sont transmises par l'intermédiaire des capillaires 16 aux capteurs de pression disposés à l'extérieur du dispositif et ensuite au dispositif de traitement des données. L'interprétation des signaux se fait selon un principe habituellement utilisé par les spécialistes du domaine appliquant la loi de Darcy et permet notamment d'obtenir les valeurs de perméabilité du milieu poreux pour..DTD: différentes sections. .x6, the information obtained at each of the pressure taps is transmitted via the capillaries 16 to the pressure sensors disposed outside the device and then to the data processing device. The interpretation of the signals is done according to a principle usually used by the specialists in the field applying the Darcy's law and makes it possible in particular to obtain the values of permeability of the porous medium for DTD: different sections.
La nature du fluide injecté dans le milieu poreux étudié est fonction de The nature of the fluid injected into the porous medium studied is a function of
l'analyse recherchée.the analysis sought.
Dans certains cas, il est avantageux d'utiliser un fluide inerte par rapport au milieu poreux, ce qui permettra d'obtenir une image de l'hétérogénéité de l'échantillon pour un ensemble de mesures partielles de la perméabilité In some cases, it is advantageous to use a fluid that is inert with respect to the porous medium, which will make it possible to obtain an image of the heterogeneity of the sample for a set of partial measurements of the permeability
permettant d'obtenir un profil de perméabilités. to obtain a permeability profile.
Lorsque l'on cherche à étudier l'endommagement d'un milieu poreux provoqué par un fluide, il est possible d'envoyer un fluide qui va interagir avec le milieu poreux, provoquer une certaine dissolution du milieu et une certaine cristallisation dans certains cas. Les phénomènes de dissolution et/ou de cristallisation vont alors conduire au colmatage des pores du milieu avec des degrés de colmatage différents selon les endroits, distribués spatialement autour d'une section donnée ou encore par rapport à la distance comptée à When one seeks to study the damage of a porous medium caused by a fluid, it is possible to send a fluid that will interact with the porous medium, cause some dissolution of the medium and some crystallization in some cases. The phenomena of dissolution and / or crystallization will then lead to the clogging of the middle pores with different degree of clogging depending on the locations, distributed spatially around a given section or with respect to the distance counted at
partir de la face d'entrée du milieu, c'est-à-dire la face recevant le fluide. from the input face of the medium, that is to say the face receiving the fluid.
L'agencement de plusieurs rainures ou tronçons de rainures réparties le long de l'échantillon permet d'effectuer un profil de perte de charge pour plusieurs positions et donc de connaître, par application de la loi de Darcy, la The arrangement of several grooves or sections of grooves distributed along the sample makes it possible to perform a pressure drop profile for several positions and thus to know, by application of Darcy's law, the
sensibilité des différentes zones concernées. sensitivity of the different areas concerned.
Pour des études de restauration de roches, on injecte, par exemple, dans le milieu un fluide de type acide. Ce dernier a notamment pour action de For rock restoration studies, for example, an acid-type fluid is injected into the medium. In particular, the latter is
changer la porosité du milieu poreux. change the porosity of the porous medium.
A l'aide des mesures de pression précédemment décrites, il est possible d'étudier la profondeur d'action de l'acide dans le milieu poreux. En effet, la forme de la courbe différence de pression ou perte de charge pour une section donnée située à une distance x prise à compter de la face d'entrée du fluide permet de connaître de manière quantitative et/ou qualitative l'effet d'un 1l acide injecté dans un milieu poreux pouvant être un échantillon prélevé dans une roche réservoir. De telles courbes de réponse sont applicables aux études relatives à la stimulation des réservoirs à l'aide de fluide de type acides et sont With the aid of the pressure measurements described above, it is possible to study the depth of action of the acid in the porous medium. Indeed, the shape of the pressure difference curve or pressure loss for a given section located at a distance x taken from the inlet face of the fluid allows to know quantitatively and / or qualitatively the effect of an acid injected into a porous medium which may be a sample taken from a reservoir rock. Such response curves are applicable to studies of reservoir stimulation using acidic fluid and are
habituellement dénommées courbes de réponse à l'acide. usually referred to as acid response curves.
Elles permettent éventuellement d'évaluer, de manière quantitative et/ou qualitative, les zones d'encombrement du par exemple aux particules They make it possible to evaluate, quantitatively and / or qualitatively, the areas of bulkiness of, for example, particles
détachées du milieu poreux du fait de l'action de l'acide sur le milieu poreux. detached from the porous medium because of the action of the acid on the porous medium.
Ces résultats peuvent être couplés à des analyses physico-chimiques du fluide ayant traversé le milieu poreux qui permettent d'affiner la compréhension des phénomènes d'interaction survenus lors la traversée du These results can be coupled with physicochemical analyzes of the fluid that has passed through the porous medium, which allows us to refine the understanding of the interaction phenomena that occurred during the crossing of the
fluide dans le milieu poreux.fluid in the porous medium.
Une autre possibilité consiste à étudier le drainage d'un milieu poreux. Another possibility is to study the drainage of a porous medium.
Le milieu poreux étant rempli d'un fluide tel de l'huile dans le cas d'un échantillon de roche réservoir, on injecte par exemple un mélange formé par de l'eau et un polymère et on relève les valeurs de perte de charge en différents Since the porous medium is filled with a fluid such as oil in the case of a reservoir rock sample, a mixture formed by water and a polymer is injected, for example, and the pressure drop values are recorded. different
endroits situés le long de l'échantillon. locations along the sample.
Le dispositif peut être positionné dans un milieu dont les conditions de The device can be positioned in an environment whose conditions of
température et de pression sont contrôlés. temperature and pressure are controlled.
Le nombre et la position des rainures le long de la membrane est choisie The number and position of the grooves along the membrane is chosen
en fonction du milieu poreux étudié et du fluide injecté dans ce milieu. depending on the porous medium studied and the fluid injected into this medium.
En effet, le fluide injecté dans le milieu poreux à étudier interagit ou non avec ce dernier selon sa nature et de manière différente tout au long de sa Indeed, the fluid injected into the porous medium to be studied interacts or not with the latter according to its nature and in a different manner throughout its life.
progression dans l'échantillon.progression in the sample.
Les figures 3A et 3B montrent des exemples d'application du dispositif selon l'invention à l'étude de la cinétique de colmatage d'un échantillon FIGS. 3A and 3B show examples of application of the device according to the invention to the study of the kinetics of clogging of a sample
poreux lors de la circulation d'un fluide à l'intérieur. porous during the circulation of a fluid inside.
Les courbes 3A et 3B représentent des courbes d'évolution des valeurs de perméabilité obtenues en dynamique traduisant la cinétique et la profondeur de colmatage d'un milieu poreux par un fluide comportant des particules, injecté dans le milieu en fonction du volume cumulé de fluide injecté et dans des conditions précisées dans le tableau I ci- dessous. Les valeurs de perméabilité ont été obtenues à partir des valeurs de perte de charge ou différence de pression existant entre un point de mesure situé au niveau d'une The curves 3A and 3B represent evolution curves of the permeability values obtained in dynamics, translating the kinetics and the clogging depth of a porous medium by a fluid comprising particles, injected into the medium as a function of the cumulated volume of fluid injected. and under conditions specified in Table I below. The values of permeability were obtained from the values of pressure loss or pressure difference existing between a measuring point situated at a level of
rainure et la face d'entrée de l'échantillon en appliquant la loi de Darcy. groove and the entrance face of the sample by applying Darcy's law.
Tableau I: Essais de colmatage d'un milieu poreux par injection de particules Exper. U Qv Dp Ci Kwi 0 e cm/min mL/min g m mg/L mD % mm Fig. 3A 1 3.0 7.6 14 1000 15.5 185 fig. 3B 10 30 4.28 8 1075 16.1 99 U = vitesse interstitielle du fluide à l'intérieur du milieu poreux, Qv = débit de fluide injecté dans l'échantillon poreux analysé, Dp = diamètre des particules injectées dans le milieu poreux, Ci = concentration des particules injectées dans le milieu poreux, Kwi = exprimée en milliDarcy, perméabilité initiale du milieu poreux, 0 = porosité du milieu poreux, Table I: Tests for clogging of a porous medium by injection of particles Exper. ## EQU1 ## FIG. 3A 1 3.0 7.6 14 1000 15.5 185 fig. 3B 10 30 4.28 8 1075 16.1 99 U = interstitial velocity of the fluid inside the porous medium, Qv = flow rate of fluid injected into the porous sample analyzed, Dp = diameter of the particles injected into the porous medium, Ci = concentration of particles injected into the porous medium, Kwi = expressed in milliDarcy, initial permeability of the porous medium, 0 = porosity of the porous medium,
e = longueur de l'échantillon.e = length of the sample.
La figure 3A montre un réseau de courbes Kw/Kwi (Kw perméabilité du milieu poreux et Kwi perméabilité initiale du milieu poreux mesurée par les moyens habituels, référencé sur la figure par K pour des raisons de clarté) traduisant l'évolution du rapport de la cinétique de colmatage du milieu par le FIG. 3A shows a network of Kw / Kwi curves (Kw permeability of the porous medium and Kwi initial permeability of the porous medium measured by the usual means, referenced in the figure by K for the sake of clarity) reflecting the evolution of the ratio of the kinetics of clogging of the medium by the
fluide en circulation et la profondeur de colmatage. Circulating fluid and clogging depth.
La courbe I montre l'évolution de la perméabilité d'un milieu poreux par rapport à la face d'entrée du fluide dans l'échantillon, en fonction de la quantité de fluide injecté V. La variation rapide de la pente de la courbe I traduit le cas d'un colmatage par formation d'un "cake" qui se forme lentement dans les premiers millimètres de l'échantillon. On remarque une perte moyenne d'environ 70% pour la valeur de perméabilité de l'échantillon qui est essentiellement due au colmatage de cette première zone de Curve I shows the evolution of the permeability of a porous medium with respect to the inlet face of the fluid in the sample, as a function of the quantity of fluid injected V. The rapid variation of the slope of the curve I translates the case of clogging by forming a "cake" which forms slowly in the first millimeters of the sample. An average loss of about 70% is noted for the permeability value of the sample which is essentially due to the clogging of this first zone of
l'échantillon.the sample.
Les points relevés pour des tranches d'échantillon situées à des distancesrespectivement de 7, 14, 36, 56, 78 mm de la face d'entrée correspondent à une The points recorded for sample slices located at distances of 7, 14, 36, 56, 78 mm from the input face correspond to a
même droite (II) qui traduit une non variation de la perméabilité. same line (II) which reflects a variation of the permeability.
Sur la figure 3B obtenue dans des conditions données dans le tableau I ci-dessus, on retrouve une courbe (III) représentative de la variation de perméabilité du milieu poreux pris dans une première tranche 0-2mm de la face d'entrée du fluide qui montre également une décroissance de la perméabilité indiquant une formation d'un cake à l'entrée de l'échantillon et de plus, une courbe (IV) qui traduit une valeur de perméabilité des zones plus internes de l'échantillon qui se trouve également affectée par un colmatage dit interne. La courbe (III) est représentative de la formation d'un colmatage au niveau de l'entrée de l'échantillon par formation d'un cake externe. La perméabilité du milieu poreux atteint sensiblement une valeur constante qui In FIG. 3B obtained under the conditions given in Table I above, there is a curve (III) representative of the permeability variation of the porous medium taken in a first 0-2 mm slice of the inlet face of the fluid which also shows a decrease in permeability indicating a cake formation at the entrance of the sample and in addition, a curve (IV) which reflects a permeability value of the more internal zones of the sample which is also affected by a so-called internal clogging. Curve (III) is representative of the formation of clogging at the inlet of the sample by formation of an external cake. The permeability of the porous medium substantially reaches a constant value which
gouverne l'ensemble de l'échantillon. Governs the entire sample.
Les courbes obtenues par des points de mesure effectués à des distances respectivement de 7, 14, 36, 56 et 78 mm de la face d'entrée sont regroupées sous une même courbe (IV). La forme de la courbe (IV) traduit une variation de la perméabilité représentative d'un colmatage de l'échantillon en profondeur. La figure 4 montre une autre variante de réalisation pour laquelle, les rainures 14 sont constituées de plusieurs tronçons 14i répartis sur une même circonférence d'une rainure. Chacun des tronçons est relié à une prise de pression 15 qui permet d'obtenir une information pour une section donnée de The curves obtained by measuring points made at distances of 7, 14, 36, 56 and 78 mm respectively from the input face are grouped together under the same curve (IV). The shape of the curve (IV) reflects a variation in the permeability representative of a clogging of the sample in depth. FIG. 4 shows another variant embodiment for which the grooves 14 consist of several sections 14i distributed on the same circumference of a groove. Each of the sections is connected to a pressure tap 15 which makes it possible to obtain information for a given section of
l'échantillon et pour une zone donnée. the sample and for a given area.
Cette manière de procéder permet d'affiner les mesures de perméabilité pouvant différer dans une même section d'échantillon dans le cas d'un milieu poreux d'hétérogénéités importantes et notamment d'étudier de manière spatiale la répartition des hétérogénéités d'un milieu poreux (dans le volume This way of proceeding makes it possible to refine the permeability measurements that can differ in the same sample section in the case of a porous medium of important heterogeneities and in particular to study spatially the distribution of the heterogeneities of a porous medium. (in the volume
et en trois dimensions).and in three dimensions).
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