SU1265551A1 - Устройство дл изучени фильтрационных свойств горных пород - Google Patents

Abstract

Устройство дл  изучени  фильтрационных свойств горных пород может найти применение в нефт ной и газовой промышленности. Цель изобретени  расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечени  -определени  проницаемости образцов с открытыми трещинами и изучение двухфазной фильтрации. Устройство содержит герметичный корпус с крьппкой , расположенные в корпусе резиновую манжету дл  бокового обжати .образца , верхний и нижний плунжеры с осевыми отверсти ми и каналы дл  подвода и отвода фильтрата. В верхней части корпуса выполнена герметична  камера, котора  сообщена с осевым отверстием верхнего плунжера радиальными отверсти ми, выполненными на различной высоте в верхнем плунжере. В осевом отверстии сл верхнего плунжера установлена подвижна  трубка с уплотнительными кольцами, а плунжеры и крышка выполнены с возможностью осевого перемещени  относительно корпуса и резиновой манжеты. 2 ил. ю а СП ел ел

Description

Изобретение относится к технике определения физических свойств горных пород и может найти применение в нефтяной и газовой промышленности при лабораторных исследованиях проницаемости образцов горных пород.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения определения проницаемости образцов с открытыми трещинами, а также изучения двухфазной фильтрации.

На фиг. 1 представлена схема устройства в режиме определения фильтрационных свойств при установившемся течении жидкости; на фиг. 2 схема устройства при.работе в режиме неустановившегося течения.

Устройство состоит из крышки 1, в которой установлен верхний плунжер 2 с радиальными отверстиями 3. В осевом отверстии плунжера размещено средство регулирования давления жидкости (трубка) 4. Уплотнительная прокладка 5 служит для изоляции боковой поверхности исследуемого образца 6 от линии подачи агента фильтрации на торцовую поверхность образца, а также для распределения давления по ее площади. Корпус устройства выполнен составным в виде трех секций 7-9, соединенных резьбовыми со- . единениями и сжимающими внутренними частями торцовых поверхностей выступы резиновой манжеты 10, с целью исключения возможности прорыва агента гидрообжима к исследуемому образцу . Торцовое сжатие образца осуществляется с помощью нижнего плунжера 11, имеющего осевое отверстие 12, путем подачи агента обжима через канал 13 в нижнюю часть полости секции 9. Боковое сжатие исследуемого образца осуществляется нагнетанием агента гидрообжима через канал 14 в пространство между резиновой манжетой и внутренней стенкой секции 8. Отвод или подвод агента фильтрации, проходящего через боковую поверхность, осуществляется через канал 15. Крышка устройства и верхняя секция корпуса образуют камеру 16 для заполнения жидкостью фильтрации.’Каналы 17 и 18, расположенные в крышке устройства, необходимы для заполнения камеры жидкостью или для подлавливания жидкости при изучении фильтрационных свойств образца под высоким давлением. Верхний плунжер закреплен следующим помещает10, выступы прижаты сек25 в крышке при помощи гайки 19, Для •предупреждения поднятия трубки 4 при подаче через нее агента фильтрации под давлением в верхней части плунжера установлены вкладыши 20, прижимаемые к трубке винтами 21. Для изоляции и уплотнения пространств между отдельными деталями применены резиновые кольца 22. В зависимости от размеров соприкасающихся деталей кольца имеют различные диаметры.

Вентиля 23-27 служат для перекрытия соответствующих каналов 13, 14, 15, 17 и 18, предназначенных для отвода и подвода агентов фильтрации и создания гидравлического обжима образца.

Устройство работает .образом.

Исследуемый образец ся в резиновую манжету которой предварительно днями 7 - 9. В зависимости от поставленной задачи образец может находиться в резиновой манжете как полностью, так и частично.

Так, при определении трещинной и матричной проницаемости в условиях равномерного или неравномерного I сжатия образец обжимают резиновой манжетой по всей длине. В этом случае крышку I устанавливают таким образом, чтобы плунжер 2 опустился 'на торцовую поверхность исследуемого образца горной породы (фиг.1). После этого через канал 13 подают агент гидравлического обжима в нижнюю часть секции 9. Под давлением жидкости плунжер 11 сжимает образец породы к плунжеру 2. Необходимое значение величины давления торцового обжима создают с помощью гидравлического пресса и фиксируют по манометру, находящемуся на панели установки (не показано). Затем образец обжимают с боков нагнетанием агента обжима через канал 14 в пространство между резиновой манжетой 10 и внутренней стенкой секции 8. Трубку 4, ₍предназначенную для регулирования давления жидкости на образец, перемещают (опускают) до поверхности горной породы и с помощью нижнего уплотнительного кольца изолируют .последнюю от камеры 16. При таком положении трубки 4 возможно определение проницаемости при линейной фильтрации жидкости или газа, подаваемого на образец непосредственно через трубку 4. Расходы газа или жидкости, прошедшей через образец, замеряются расходомерами, установленными на выходе отверстия 12..

Определение проницаемости трещино- ₅ ватых образцов при ламинарном течении жидкости требует создания избыточных давлений значительна ниже атмосферного. Поэтому данное устройство снабжено камерой 16 для .жидкости и сред- ю ством для регулирования давления жидкости на образец - трубкой 4.

При открытых вентилях 26 и 27 камера 16 наполняется жидкостью, йредназначенной для фильтрации. После пе-15 рекрытия вентилей 26 и 27 передвижением трубки 4 в плунжере 2 устанавливается необходимое давление жидкости на образец. В зависимости от высоты поднятия трубки, соединенной 20 с атмосферой, абсолютное давление жидкости на поверхность горной породы будет равным

P=(fh)+P_o, (1) где у - удельный вес жидкости, кг/см³;25 h - высота поднятия трубки от поверхности образца, см;

- давление жидкости на уровне нижнего конца трубки, равное атмосферному (нулевая линия),зо кгс/см².

Следовательно, при поднятии трубки над поверхностью образца на высоту h жидкость из камеры 16 через радиальные отверстия 3 и осевое отверс-₃₅ тие плунжера 2 будет поступать на образец и фильтроваться через него под постоянным давлением, согласно формулы (1), до тех пор, пока уровень жидкости в камере не достигнет торца до трубки. В данном случае будет наблюдаться установившаяся фильтрация жидкости. В дальнейшем, когда уровень жидкости достигнет нулевой линии, ее давление начнет постоянно 45 уменьшаться и на каждой отметке будет характеризоваться величиной „ р = γ· h , (2) где h - высота уровня жидкости над поверхностью образца. ⁵⁰

При таком режиме работы фильтрация будет подчинена законам неуста— новившегося течения жидкостей, так как давление жидкости, определяемое по формуле (2), постоянно изменяется ⁵⁵ (уменьшается).

Таким образом, устройство позволяет определение фильтрационных

1265551 4 свойств трещиноватых образцов при установившемся и неустановившемся течении жидкости (фиг, 2).

При изучении двухфазной фильтрации через образцы горных пород уплотнительное кольцо 22, расположенное внизу трубки 4, снимают для того, чтобы жидкость из камеры 16 могла поступать на образец при максимально опущенной трубке. После закрепления трубки винтом 21 через нее подают к образцу одну из фаз, предназначенных для фильтрации, а через канал -1 7 - другую. Перемешиваясь над поверхностью образца, обе фазы фильтруются через него. Расходы фаз определяют расходомерами, подключенными к выходу канала 12.

Поинтервальное определение равнонаправленной и радиальной фильтрации жидкостей и газов осуществляют следующим образом. Допустим, что в начальный момент исследуемый образец 6 находится в положении, показанном на фиг. 2. Открыв вентиль 2.4 снижают давление бокового обжима до (атмосферного. Необходимое положение образца в резиновой манжете 10 устанавливают раскручиванием крышки 1. Одновременное передвижение образца происходит за счет давления торцового гидравлического обжима, передаваемого на плунжер 11. Зафиксировав таким образом крышку на определенной высоте и снова обжав с боков, определяют проницаемость образца на данном интервале. Расходы фильтрующихся агентов при определении разнонаправленной проницаемости фиксируют на выходе каналов 12 и 15, а при радиальной фильтрации - на выходе канала 15 при перекрытом канале 12 (на фиг. 1 осевое отверстие в образце показано пунктирной линией).

Затем образец передвигают на следующую высоту с последующие опре-делением проницаемости данного интервала и т.д. до положения, показанного на фиг. 1.

Сравнивая полученные данные объемных расходов жидкости или газа на каждом интервале, оцениваю фильтрационную способность исследуемого образца и структуру его фильтрационных каналов.

Claims (2)

1 Изобретение относитс  к технике определени  физических свойств горных пород и может найти применение в нефт ной и газовой промышленности при лабораторных исследовани х прони цаемости образцов горных пород. Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечени  определени  проницаемости образцов с открытыми трещинами, а также изучени  двухфазнойфильтрации. На фиг. 1 представлена схема устройства в режиме определени  фильтрационных свойств при установившемс  течении жидкости; на фиг. 2 схема устройства при.работе в )эежиме неустановившегос  течени . Устройство состоит из крьшки 1, в которой установлен верхний апунжер 2 с радиальными отверсти ми 3. В осевом отверстии плунжера размещено средство регулировани  давлени  жидкости (трубка) 4. Уплотнительна  прокладка 5 служит дл  изол ции боко вой поверхности исследуемого образца 6 от линии подачи агента фильтрации на торцовую поверхность образца, а также дл  распределени  давлени  по ее площади. Корпус устройства выполнен составным в виде трех секций 7-9, соединенных резьбовыми с единени ми и сжимающими внутренними част ми торцовых поверхностей выступы резиновой манжеты 10, с целью исключени  возможности прорьша агента гидрообжима к исследуемому образцу . Торцовое сжатие образца ссуществ л етс  с помощью нижнего 1 имеющего осевое отверстие 12, путем подачи агента обжима через канал 13 в нижнюю часть полости секции 9. Боковое сжатие исследуемого образца осуществл етс  нагнетанием агента гидрообжима через канал 14 в пространство между резиновой манжетой и внутренней стенкой секции 8. Отвод или подвод агента фильтрации, прохо д щего через боковую поверхность, осуществл етс  через канал 15. Крыш ка устройства и верхн   секци  корп са образуют камеру 16 дл  заполнени  жидкостью фильтрации.Каналы 17 и 18, расположенные в крышке устрой ства, необходимы дл  заполнени  камеры жидкостью или дл  поддавливани жидкости при изучении фильтрационньк свойств образца под высоким давлением . Верхний плунжер закреплен 551J в крышке при помощи гайки 19. Дл  предупреждени  подн ти  трубки 4 при подаче через нее агента фильтрации под давлением в верхней части плунжера установлены вкладыши 20, прижимаемые к трубке винтами 21. Дл  изол ции и уплотнени  пространств между отдельными детал ми применены резиновые кольца 22. В зависимости от размеров соприкасающихс  деталей кольца имеют различные диаметры. Вентил  23-27 служат дл  перекрыти  соответствующих каналов 13, 14, 15, 17 и 18, предназначенных дл  отвода и подвода агентов фильтрации и создани  гидравлического обжима образца. Устройство работает следующим -Образом. Исследуемый образец 6 помещаетс  в резиновую манжету 10, выступы которой предварительно прижаты секци ми 7 - 9. В зависимости от поставленной задачи образец может находитьс  в резиновой манжете как полностью , так и частично. Так, при определении трещинной и матричной проницаемости -в услови х равномерного или неравномерного сжати  образец обжимают резиновой манжетой по всей длине. В этом случае крьш1ку 1 устанавливают таким образом , чтобы плунжер 2 опустилс  на торцовую поверхность исследуемого образца горной породы (фиг.1). После этого через канал 13 подают агент гидравлического обжима в нижнюю часть секции 9. Под давлением жидкости плунжер 11 сжимает образец породы к плунжеру 2. Необходимое значение величины давлени  торцового обжима создают с помощью гидравлического пресса и фиксируют по манометру , наход щемус  на панели установки (не показано). Затем образец обжимают с боков нагнетанием агента обжима через канал 14 в пространство между резиновой манжетой 10 и внутренней стенкой секции 8. Трубку 4, предназначенную дл  регулировани  давлени  жидкости на образец, перемещают (опускают) до поверхности горной породы и с помощью нижнего ушютнительного кольца изолируют последнюю от камеры 16. При таком положении трубки 4 возможно определение проницаемости при линейной фильтрации жидкости или газа, подаваемого на образец непосредственно через трубку 4. Расходы газа или жидкости, прошедшей через образец, замер ютс  расходомерами, установленными на выходе отверсти  12.. Определение проницаемости трещине ватых образцов при ламинарном течени жидкости требует создани  избыточных давлений значительна ниже атмосферного . Поэтому данное устройство снаб жено камерой 16 дл  .жидкости и средством дл  регулировани  давлени  жи кости на образец - трубкой 4. При открытых вентил х 26 и 27 ка мера 16 наполн етс  жидкостью, Лред назначенной дл  фильтрации. После n рекрыти  вентилей 26 и 27 передвиже нием трубки 4 в плунжере 2 устанавливаетс  необходимое давление жидкос ти на образец. В зависимости от высоты подн ти  трубки, соединенной с атмосферой, абсолютное давление ж кости на поверхность горной породы будет равным P(Ji h) , (1) где f - удельный вес жидкости, кг/см h - высота подн ти  трубки от п верхности образца, см; PJ - давление жидкости на уровне нижнего конца трубки, равное атмосферному (нулева  лини  кгс/см. Следовательно, при подн тии трубки над поверхностью образца на высоту h жидкость из камеры 16 через радиkльныe отверсти  3 и осевое отверс тие плунжера 2 будет поступать на об разец и фильтроватьс  через него под посто нным давлением, согласно форму лы (1), до тех пор, пока уровень жид кости в камере не достигнет торца трубки, В данном случае будет наблюдатьс  установивша с  фильтраци  жидкости. В дальнейшем, когда уровень жидкости достигнет нулевой линии , ее давление начнет посто нно уменьшатьс  и на каждой отметке будет характеризоватьс  величиной Р Y h ,(2) где h - высота уровн  жидкости над поверхностью образца. При таком режиме работы фильтраци  будет подчинена законам неустановившегос  течени  жидкостей, так как давление жидкости, определ емое по формуле (2), посто нно измен етс  ( уменьшаетс ). Таким образом, устройство позвол ет определение фильтрационных свойств трещиноватых образцов при установившемс  и неустановившемс  течении жидкости (фиг. 2). При изучении двухфазной фильтрации через образцы горных пород уплотнительное кольцо 22, расположенное внизу трубки 4, снимают дл  того, чтобы жидкость из камеры 16 могла поступать на образец при максимально опущенной трубке. После закреплени  трубки винтом 21 через нее подают к образцу одну из фаз, предназначенных дл  фильтрации, а через канал -1 7 - другую. Перемешива сь над поверхностью образца, обе фазы фильтруютс  через него. Расходы фаз определ ют расходомерами, подключенными к выходу канала 12. Поинтервальное определение равнонаправленной и радиальной фильтрации жидкостей и газов осуществл ют следующим образом. Допустим, что в начальный момент исследуемый образец 6 находитс  в положении, показанном на фиг.

2. Открыв вентиль 2.4 снижают давление бокового обжима до |атмосферного. Необходимое положение образца в резиновой манжете 10 устанавливают раскручиванием крьш1ки 1 , Одновременное передвижение образца происходит за счет давлени  торцового гидравлического обжима, передаваемого на плунжер 11, Зафиксировав таким образом крьшку на определенной высоте и снова обжав с боков, определ ют проницаемость образца на данном интервале. Расходы фильтрующихс  агентов при определении разнонаправленной проницаемости фиксируют на выходе каналов 12 и 15, а при радиальной фильтрации - на выходе канала 15 при перекрытом канале 12 (на фиг. 1 осевое отверстие в образце показано пунктирной линией). Затем образец передвигают на следующую высоту с последующий опре-делением проницаемости данного интервала и т.д. до положени , показанного на фиг. 1. Сравнива  полученные данные объемных расходов жидкости или газа на каждом интервале, оцениваю фильтрационную способность исследуемого образца и структуру его фильтрационных каналов. Формула изобретени  Устройство дл  изучени  фильтраионных свойств горных пород, ссдер