Устройство для определения фазовой проницаемости жидкости в образцах керна горных пород методом центрифугирования

 

Использование: в измерительной технике, в частности в устройствах для определения фильтрационных свойств образцов керна для горных пород. Сущность изобретения: устройство включает держатель керна горной породы и смеситель, установленный на верхнем торце керна и выполненный в виде цилиндра из высокопроницаемого материала. Между верхним торцом смесителя и основанием емкости с двумя камерами для исследуемых жидкостей установлена разделительно-уплотнительная прокладка. Прокладка имеет две несообщающиеся полости, которые соединены каналами соответственно с камерами, содержащими исследуемые жидкости. В кернодержателе при центрифугировании под действием центробежных сил через образец керна горной породы проходит часть жидкости. Процесс фильтрации через образец наблюдают по накопленному объему одной жидкости и по накопленному суммарному объему двух жидкостей. Устройство обеспечивает фильтруемость через образец керна двух несмешивающихся жидкостей при центрифугировании. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области исследования свойств пористых материалов, в частности к устройствам для исследования проницаемости нефте- и водонасыщенных образцов керна горных пород методом центрифугирования, и может быть использовано в геологии, горной и нефтега- зодобывающей промышленности.

Основным показателем фильтрационных свойств горных пород-коллекторов является коэффициент проницаемости, характеризующий способность пористой среды пропускать жидкость или газ.

Коэффициент фазовой проницаемости характеризует фильтрацию одного флюида при известном содержании второго в пористой среде.

Среди существующих методов определения фазовой проницаемости пористой среды породы-коллектора по жидкости метод центрифугирования благодаря экспрессности, хорошей воспроизводимости и использованию достаточно простого и серийно выпускаемого оборудования является весьма перспективным.

Известно устройство, позволяющее определять фазовую проницаемость по жидкости для образцов керна горных пород методом центрифугирования, состоящее из кернодержателя с установленным в нем исследуемым образцом сыпучей горной породы, заключенным между двумя мембранами, имеющими газопроницаемость, равную естественной породе, установленных над кернодержателем емкости с исследуемой жидкостью и дозирующей мембраны, обеспечивающей постоянный переток исследуемой жидкости через регулировочное отверстие кернодержателя к образцу керна, и размещенного под кернодержателем контейнера для приема профильтрованной жидкости [1] При центрифугировании под действием центробежных сил через образец горной породы фильтруется исследуемая жидкость. Для определения проницаемости образец керна горной породы несколько раз подвергают центрифугированию с остановками для проведения взвешивания частей конструкции устройства с целью фиксирования установившегося режима фильтрации, при котором справедлив закон Дарси.

Однако это устройство не обеспечивает возможности совместной фильтрации двух несмешивающихся флюидов, поскольку его конструкция не позволяет обеспечить раздельную подачу жидкостей различной плотности в образец керна горной породы, и не обеспечивает формирование однородной по площади водонефтяной смеси. Кроме того, устройство имеет сложную конструкцию и не позволяет проводить исследования образцов консолидированной горной породы в непрерывном режиме.

Известно также устройство, позволяющее определять фазовую проницаемость по жидкости для образцов керна горных пород методом центрифугирования, включающее кернодержатель для образца керна горной породы, размещенную над ним калиброванную емкость с фильтруемой жидкостью и размещенный под кернодержателем контейнер для вытесненной жидкости [2] Образец консолидированной горной породы с изолированной боковой поверхностью помещают в кернодержатель, который устанавливают в центрифугу. При центри- фугировании под действием центробежных сил через образец горной породы фильтруется исследуемая жидкость. По величине объемной скорости прохождения жидкости через образец, которую фиксируют с помощью строботахометра, и калиброванным делениям на емкости с фильтруемой жидкостью, а также по величине перепада давления на длине образца по формуле Дарси определяют коэффициент проницаемости образца горной породы.

Недостатком данного устройства является невозможность одновременной фильтрации двух несмешивающихся жидкостей, поскольку его конструкция не обеспечивает раздельной подачи двух жидкостей различной плотности, формирования однородной водонефтяной смеси до входного торца образца керна и снятия концевых эффектов.

Сущность изобретения состоит в том, что известное устройство для определения проницаемости жидкости в образцах керна горных пород методом центрифугирования, включающее кернодержатель, размещенную над ним емкость с исследуемой жидкостью и размещенный под кернодержателем контейнер для вытесненной жидкости, дополнительно снабжено смесителем и разделительно-уплотнительной прокладкой, при этом емкость над кернодержателем выполнена с двумя камерами для двух исследуемых жидкостей. Смеситель может быть выполнен в виде цилиндра из высокопроницаемого материала и установлен непосредственно в капиллярном контакте на верхнем торце керна.

Разделительно-уплотнительная прокладка может быть выполнена с двумя несообщающимися полостями и установлена между верхним торцем смесителя и основанием емкости с двумя камерами для исследуемых жидкостей. Образуемые раздели- тельно-уплотнительной прокладкой над верхним торцем керна полости соединены каналами соответственно с камерами, содержащими исследуемые жидкости.

Разделительно-уплотнительная прокладка, выполненная с двумя несообщающимися полостями, при этом образуемые этой прокладкой над верхним торцем керна полости соединены каналами соответственно с камерами, содержащими несмешивающиеся исследуемые жидкости, позволяет обеспечить раздельную подачу двух несмешивающихся жидкостей в пористую среду образца керна.

Смеситель, выполненный в виде цилиндра из высокопроницаемого материала и установленный непосредственно в капиллярном контакте на верхнем торце керна над разделительно-уплотнительной прокладкой, позволяет обеспечить формирование в смесителе однородной по сечению фильтрацию водонефтяной смеси и снижение влияния концевых эффектов.

Технический результат изобретения выражается в том, что устройство позволяет осуществить одновременную фильтрацию двух несмешивающихся исследуемых жидкостей через образец горной породы.

На фиг. 1 показан продольный разрез устройства; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1.

Устройство включает кернодержатель 1 с установленным в нем образцом 2 керна горной породы, смеситель 3, разделительно-уплотнительную прокладку 4, емкость 5, содержащую две взаимно изолированные камеры 6 и 7 с исследуемыми жидкостями, и контейнер 8 для вытесненной жидкости. Смеситель 3 выполнен в виде цилиндра из высокопроницаемого материала. Он установлен непосредственно в капиллярном контакте на верхнем торце образца 2. Разделительно-уплотнительная прокладка 4 представляет собой резиновое тороидальное кольцо, которое имеет перегородку 9, делящую прокладку 4 на полости 10 и 11 (фиг. 2). Полости 10 и 11 могут быть равными и не равными между собой по величине. При этом одна полость, например 10, соединена каналом 12 с камерой 6 с одной исследуемой жидкостью, например нефтью, а другая полость 11 соединена каналом 13 с камерой 7 с другой исследуемой жидкостью, например водой. Разделительно-уплотнительная прокладка 4 установлена между верхним торцем смесителя 3 и основанием емкости 5. Контейнер 8 для вытесненной жидкости размещен под кернодержателем 1. Контейнер 8 представляет собой прозрачную градуированную пробирку, охваченную кожухом 14. Для поддержания атмосферного давления над свободными поверхностями жидкости в камерах 6 и 7 выполнены каналы 15 и 16 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Вначале производят его сборку. Со стороны входного торца на исследуемый образец 2 керна горной породы, боковая поверхность которого предварительно изолирована, надевают кольцевую резиновую прокладку 17. Образец 2 керна устанавливают на подставку 18 и помещают в таком виде в корпус 19 кернодержателя 1, после чего прокладку 17 поджимают втулкой 20 и поджимной гайкой 21. На выходной торец смесителя 3 надевают поджимную гайку 22, затем прокладку 23 и уплотнительное кольцо 24, после чего весь этот узел устанавливают выходным торцем смесителя 3 на входной торец образца 2 керна и поджимают гайкой 22. На входной торец смесителя 3 устанавливают разделительно-уплотнительную прокладку 4, которую поджимают основанием емкости 5 и гайкой 25. Под кернодержатель 1 устанавливают контейнер 8 для приема профильтрованной жидкости. В камеры 6 и 7 заливают нефть и воду соответственно. После чего устройство устанавливают на опорное кольцо 26 ротора центрифуги и ротор приводят во вращение.

При центрифугировании под действием центробежных сил через образец керна горной породы проходит часть жидкости. Процесс фильтрации наблюдают с помощью стробоскопа по накопленному объему профильтрованной воды в градуированной пробирке контейнера 8 и по накопленному суммарному объему двух жидкостей (нефти и воды) в этом же контейнере 8.

Зная свойства исследуемых жидкостей (вязкость, плотность) и геометрические параметры образца керна горной породы, а также по замеренным накопленным объемам профильтрованных жидкостей в контейнере 8 и по числу оборотов вращения ротора центрифуги производят расчет коэффициента фазовой проницаемости образца керна горной породы соответственно для каждой фазы при одновременной фильтрации двух несмешивающихся жидкостей.

При этом предлагаемое устройство обеспечивает достаточно высокую степень точности определения фазовых проницаемостей по двум несмешивающимся жидкостям для образцов керна горных пород, а также имеет высокую производительность и технологичность при работе с большим количеством химреагентов, влияющих на величины фазовой проницаемости.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАЗОВОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ЖИДКОСТИ В ОБРАЗЦАХ КЕРНА ГОРНЫХ ПОРОД МЕТОДОМ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ,содержащее кернодержатель, размещенную над ним камеру для исследуемой жидкости и размещенную под ним мерную емкость, отличающееся тем, что оно снабжено второй камерой для второй исследуемой жидкости, смесителем, установленным над кернодержателем, и разделительно-уплотнительной прокладкой, установленной между смесителем и основанием камер и сообщенной с камерами соединительными каналами.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что смеситель выполнен в виде цилиндра из высокопроницаемого материала.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что уплотнительно-разделительная прокладка выполнена в виде резинового тородоидального кольца с перегородкой, разделяющей его на две части, каждая из которых сообщена с соединительными каналами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2