Устройство для определения пористости и проницаемости образцов горных пород

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРИСТОСТИ И ПРОНИЦАЕМОСТИ ОБРАЗЦОВ ГОРНЫХ ПОРОД, содержащее герметичный держатель образца, вставленный в него резиновый уплотнитель, механизм прижима уплотнителя, системы вакуумирования и измерения давления, подсоединенные к держателю, и системы подвода и отвода газа, о т л и чаю-щееся тем, что, с целью определения пористости и проницаемости образцов различных размеров, уплотнитель выполнен в виде резинового стакана с отверстием в дне, черезкоторое пропущен подвижный полый шток, жестко соединенный с I цилиндрическим основанием, расположенным внутри стакана, а механизм (Л прижима уплотнителя выполнен в виде поршня, снабженного винтовым прижимом со шкалой, причем системы подвода и отвода газа подсоединены к отверстию, выполненному в поршне, и к полому штоку. О) 4 00

0% (И)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3 G 01 N 15 08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР /

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 1

1..

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ5 ":

К ABT0PGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3381869/18-25 (22) 01.82 (46) 30.12.83, Бюл. Р 48 (72) И.Д.Господинов (НРБ), К.С.Коненков, A.È.Ïåòðîâ и М.Д.Степин (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт комплексной автоматизации нефтяной и газовой промышленности и Московский ордена Октябрьской

Революции и ордена Трудового Красного

Знамени институт нефтехимической и газовой промышленности им.И.N.Губкина (53) 539. 217. 1 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 495589, кл. G 01 N 15/08, 1975.

2. Калинко N.K. Исследовайие коллекторских свойств кернов. М., Гостоптехиэдат, 1963, с. 81-82 (прототип). (54 ) (57) УСТРОЙСТВО . ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПОРИСТОСТИ И ПРОНИЦАЕМОСТИ ОБРАЗЦОВ

ГОРНЫХ ПОРОД, содержащее герметичный держатель образца, вставленный в него резиновый уплотнитель, механизм прижима уплотнителя, системы вакуумирования и измерения давления, подсоединенные к держателю, и системы подвода и отвода газа, о т л ич а ю .щ е е с я тем, что, с целью определения пористости и проницаемости образцов различных размеров, уплотнитель выполнен в виде резинового стакана с отверстием в дне, через которое пропущен подвижный полый шток, жестко соединенный с цилиндрическим основанием, расположенным внутри стакана, а механизм прижима уплотнителя выполнен в виде поршня, снабженного винтовым прижимом со шкалой, причем системы подвода и отвода газа подсоединены к отверстию, выполненному в поршне, и к полому штоку.

1064187

Изобретение относится к технике определения физических свойств гор, ных пород.

Известно устройство для измерения пористости и объема скелета образцов горных пород, содержащее ка5 меру для образца, эластичный уплотнитель, элементы коммутации газа, систему измерения давления. Уплотнитель в виде эластичного мешочка разделяет камеру на две части, в одной из которых размещен образец.

Работа устройства основана на принципе свободного расширения газа с избыточным давлением при перепуске

его из одного объема в другой (1) . 15

К недостаткам устройства относятся необходимость использования образцов с пришпифованной гранью, а также невозможность исследования несцементированных образцов и опре- ур деления проницаемости.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для определения газопроницаемости пористых тел, содержащее 25 герметичный держатель образца, вставленный в него резиновый уплотнитель, механизм прижима уплотнителя,системы вакуумирования и измерения давления, подсоединенные к держателю, системы подвода и отвода га-; за P) .

К недостаткам устройства относится невозможность определения пористости, а также необходимость использования образцов строго заданных геометрических размеров.

Цепь изобретения — определение пористости и проницаемости образцов различных размеров.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения пористости и проницаемости образцов горных пород, содержащем герметичный держатель образца, вставленный в него резиновый уплотнитель, 45 механизм прижима уплотнителя, системы вакуумирования и измерения давления, подсоединенные к держателю, и системы подвода и отвода газа, уплотнитель выполнен в виде резинового 50 стакана с отверстием в .дне, через которое пропущен подвижный полый шток, жестко соединенный с цилиндрическим основанием, расположенным .. внутри стакана,,а механизм прижима 55 уплотнителя выполнен в виде поршня, снабженного винтовым прижимом со шкалой, причем системы подвода и отвода газа подсоединены к отверстию, выполненному в поршне, и к полому gp штоку.

На чертеже показана принципиальная схема устройства.

Устройство содержит герметичный держатель 1, вставленный в него резиновый уплотнитель-стакан 2 с зазором 3. Внутрь стакана помещено цилиндрическое основание 4, жестко соединенное со штоком 5. Шток 5 выполнен с полостью 6, сообщающейся с кольцевой проточкой 7, которая через запорный вентиль 8 соединена с расходомером газа, состоящим из рессивера 9 и счетчика 10. Образец горной породы (керн) 11 установлен торцом на основание 4. С другой стороны держателя 1 расположен верхний поршень 12 с отверстием для подсоединения к газовым линиям, опускаемый и поднимаемый с помощью винта 13, вращаемого воротком 14.

Положение поршня относительно резинового стакана контролируется шкалой 15, градуированной в единицах объема, занимаемого поршнем в держателе 1. Герметичное уплотнение держателя 1 относительно верхнего поршня 12 и основания 16 достигается с помощью резиновых стандартных колец 17 и 18, а штока 5 — кольцом 19.

Система вакуумирования и система измерения давления содержат вентили

20 и 21, которые служат для заполнения газом кернодержателя, вентиль

22 для соединения кернодержателя с вакуумным насосом и вакуумметром 23 и вентиль 24 с измерительным прессом

25 и манометром 26, имеющим передвижной указатель (фиксатор положения стрелки) 27. Ось маховика 28 пресса 25 с помощью шестерен .соединена со счетчиков 29 объема пресса.

С помощью вентиля 30 устройство соединяют с источником газа (гелий, азот, воздух) давлением 3,5-4 атмосферы, а с помощью вентиля 31 с вакуумным насосом.

Определение пористости сцементированных и несцементированных пород производят следующим oбразом.

Керн вставляют внутрь резинового стакана и устанавливают на основание

4. Если испытывается песок, то он насыпается в стакан так, чтобы его верх был ниже верха стакана на 56 мм. Внутренний объем стакана 2 со вставленным поршнем (без образца) известен. Суммарный объем отверстий, соединяющих вентиль 8 с нижним торцом керна и вентиль 20 с верхним торцом, строго постоянен. Благодаря тому, что отверстия в штоке 5 перемешаются вместе со штоком на длину кольцевой проточки 7, объем их при различных длинах образца и различном сжатии не меняется.

После установки керна, сборки держателя 1 и введения поршня 12 во втулку на глубину, контролируемую шкалой 15, стакан 2 и поры керна вакуумируют при открытых вентилях 20, 22 и 31 и закрытых 8, 21, 30 и 24.

1064187

Составитель A.Koùåeâ

Редактор С.Пекарь Техред Л.Пилипенко

Корректор М.Шароши

Заказ 10514/45 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ ГосударственноГо комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 т.

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4

Вакуумирование производят в течение

2-3 мин. Далее вентили 20 и 22 закрывают, а через вентиль 24 и 30 систему заполняют газом. Поршень пресса 25 устанавливают в положение максимального объема, счетчик 29 устанавливают на нуль. Вентиль 30 закрывают и указателем 27 фиксируютположение стрелки манометра 26. Открывают вентиль 20, после чего часть газа иэ системы поступает в кернодержатЕль, заполнив его свободное пространство и поры керна, а стрелка манометра 26 отходит от ранее зафиксированного положения на некоторый угол. 15

Вращением маховика 28 перемещают поршень пресса в сторону уменьшения его объема до тех пор, пока давление в системе не восстановится, что определяется по совмещению стрелки мано- gp метра 26 с указателем 27. Считывают показание со счетчика 29 и определяют.объем твердой фазы керна по . формуле

Ц.к=0, 0 - U» где Ц„ — объем твердой фазы керна (скелета); внутренний объем стакана

2 со вставленным поршнем

12 (без образца);

Up â объем отверстий, соединяющих торец .верхнего порш- . ня с иглой вентиля 20 (в закрытом состоянии) в сум- 35 ме с объемом отверстий, соединяющих нижний торец керна с иглами вентилей 8 и 21 (в закрытом состоянии);

О» — объем, считываемый со счет- 40 чика 29.

Далее, открыв вентили 8 и 30, при закрытых вентилях 21 и 22 пропускают газ ч»реэ кернодержатель, наблюдая за счетчиком 10 газа и вращая винт 45

13 с помощью воротка 14, сжимают поршнем 12 стенки и дно стакана 2 до тех пор, пока расход газа через счетчик 10 резко не упадет. При этом произойдет следующее: поршень 12 действует на стенки стакана и через образец и основание 4 на его дно (сужает внутренний диаметр стакана) .

Так как коэффициент Пуассона резины ()»r =0,48-0,49) почти равен 0,5, керн сжимается равномерным всесторонним давлением.

Определяют коэффициент проницаемости .образца по формуле е к=ак Н где» вЂ” вязкость газа, пропускаемого через . керн;— длина керна; р — среднее давление в керне;

F — площадь поперечного сечения керна

Я вЂ” расход газа через поры керК на.

Закрыв вентили 8, 24 и 30 .и открыв 22 и 31, снова вакуумируют кернодержатель и керн в обжатом состоянии. Описанным способом определяют по счетчику 29 объем воздуха, вошедшего в поры керна, и вычисляют объем порового пространства по формуле

»»op » "тр а затем вычисляют коэффициент пористости щ по формуле

0»»р>

»и

))ск ()»»ор

Возможность определять пористость .и проницаемость на одном приборе значительно повышает производительность труда исследователей.

Изобретение может быть использовано в промысловых лабораториях, занимающихся испытанием кернов, извлекаемых иэ буровых скважин, для полу.чения комплексной характеристики горных пород, что позволит более достоверно оценивать запасы месторождений.