Устройство для изучения фильтрационных свойств горных пород

 

Союз Советских

Соцнапнстнческнх

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ()928202 (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 14.02. 80 (21) 2912924/18-25 с присоединением заявки рй(23) П рнорнтет

Опубликовано 15.05.82 бюллетень М18

Дата опубликования описания 15.05.82 (51)М. Кл.

G 01 N 15/08 аооударотесииый комитет

СССР оо делан изобретеиий и открытий . (53) УДК625.85:

:620.1(088.8) 1) Заявитель ал Всесоюзного научно-исс института природных газов (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ

СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД

ИзоЬретение относится к контрольно-измерительной технике и может найти применение в нефтяной и газовой промышленности при лабораторных исследованиях проницаемости образцов горных пород.

Известно устройство для изучения. фильтрационных свойств горных пород, а именно устройство для определения разнонаправленной проницаемости образцов горных пород. Устройство содержит корпус с торцовыми крышками, вкладыш с образцом, поршень и угловое поворотное приспособление о валом и поворотной головкой. Работа .

15 устройства основана на том, что часть поверхности исследуемого пористого материала подвергается обжиму воздей" ствием газа на вкладыш, в котором установлен цилиндрический образец породы, с последующим определением проницаемости в диаметральном направлении. Для определения проницаемости в следующем диаметральном направ-.

2 лении снимается давление обжима и с помощью поворотной головки поворачивают образец во вкладыше на заданный угол и цикл повторяется $13.

Недостатком устройства является невозможность определения проницаемости в торцовом и радиальном направлении, а также невозможность раз" дельного учета объемного расхода газа в разных направлениях,. так как большая часть поровь х каналов с внешней стороны изолирована. В пластовых ус" ловиях протяженность поровых каналов и трещин бесконечно велика по сравнению с длиной поровых каналов исследуемых образцов, а их ориентация носит самый различный характер. Если представить, что отдельный поровый канал или трещина оказались перекрытыми с какой-либо стороны, очевидно, что участвовать в фильтрационном процессе этот канал не будет. Это приводит к погрешности при определении фильтра" ционных характеристик горных пород.

02 4

3 9282

Особенно вамно, как показывают экспериментальные работы, учитывать эта при определении коэффициентов нефтеи конденсатоотдачи плотных, трещино" ватых пород при их вытеснении другими флюидами.

Известно также устройство для из-. мерения проницаемости при радиальной фильтрации при фиксированном осевом давлении, состоящее из чехла, внутри fO которого расположен исследуемый образец, основания, струбцины и плунжерной пары для осевого сжатия образца, крышки. Цилиндрический образец. с осевым отверстием вставляется в чехол. 15

При помощи струбцины и плунжерной пары создается фиксированное значение осевого давления. Проницаемость определяют при направлении фильтрации от внешней поверхности к осевому отвер" 20 стию по радиусу или в обратном направлении (2».

Недостатком данного технического решения также является то, что оно не позволяет .определение проницаемос- 25

;ти в торцовом направлении, а поэтому не обеспечивает раздельного определения объемного расхода газа в разных направлениях. Кроме этого, устройство не позволяет поинтервально определять 5ф радиальную или разнонаправленную проницаемость. ность определения сообщаемости и ориентации поровых каналов.

Цель изобретения - обеспечение возможности определения ориентации поровых каналов и дифференцированной оценки проницаемости.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для изучения фильтрационных свойств горных пород, содержащее чехол с образцом и поршень для передачи на образец сжимающего усилия, снабжено, втулкой с вмонтированным в ее верхней части уплотнительным элементом, соединенной с чехлом, причем втулка и чехол выполнены с возможностью осевого перемещения относительно исследуемаго образца.

Чтобы определить местонахождение выхода газа иэ образца, а следовательно, судить об ориентации канала, необходимо его перекрыть, а это возможно только при поинтервальном исследовании образца. Сравнивая полученные данные расходов газа при постоянном перепаде давления на каждом интервале и в разных направлениях, представляется возможным определение сообщаемости и ориентации поровых каналов.

Особенно важны такие определения при изучении плотных микротрещинных и . трещинных образцов.

При исследовании образцов пород

Наиболее близким по технической сущности к изобретенир является прибор для испытания образца грунта на фильтрацию и суффоэию, содержащий чехол с образцом и поршень для пере" . дачи на образец сжимающего усилия.

В устройстве имеется также расположенная коак сиально с рабочей камеройчехлом перфорированная трубка, ниж:.ний конец которой закреплен в днище камеры, выполненном с обратным фильтром. Фильтр имеет отверстия, через которые камера сообщается с кольцевым водосборником. Крышка камеры снабжена упорной решеткой и соединена с напорной емкостью. Грунт укладывают в камеру вокруг перфорированной трубки. Проницаемость определяют при раз- 5 личной плотности грунта путем расчета коэффициента фильтрации по формулам для случая осерадиального движения воды в напорном пласте 13» .

Недостатком устройства является невозможность поинтервального определения проницаемости, т.е. невозмождлиной, до 20 см очень часто наблюдается неоднородность породы по составу (или чередование, или плавный переход) и при определении проницаемости таких пород наблюдаются большие расхождения в данных вдоль и поперек . напластования. Только поинтервальное исследование такой породы дает четкую картину по характеристике разреза на проницаемость.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит верхний плунжер 1, имеющий канал 2 и вентиль 3.

Чехол 4, в котором располомен цилиндрический образец 5, и имеющий отверстие 6 с вентилем 7 с помощью резьбы, соединен с корпусом 8, мемду которыми находится уплотнительный элемент 9.

Для осевого сжатия образца служит нижний шток 10, имеющий канал 11 и вентиль 12 и приводится в действие с помощью плунжерной пары 13 и струбцины 14 через уплотнительное кольцо 15.

Плунжерная пара 13 имеет- канал 16, через который поступает рабочий агент направлении.

5 9282 под давлением, необходимым для Фиксированного значения осевого давления.

Для изоляции канала 2 от камеры чехла

4 и внешней среды служат уплотнительные кольца 17 и 18. S

Устройство работает следующим образом.

Исследуемый образец 5 помещается в кожух 4 таким образом, чтобы нижняя его часть (4 мм5 входила в уп- 16 лотнительный резиновый элемент 9.

Затем вставляется верхний шток и с помощью струбцины 14 образец примимается к нижнему штоку 10. При необходимости фиксированного значения 15 торцового обжима в плунжерную пару 13 через отверстие 16 подают рабочую жидкость от пресса. После этого, для изоляции камеры чехла 4 от канала 11 уплотнительный резиновый элемент 9 2о прижимается к образцу 5 и нижнему штоку 10 путем заворачивания чехла 4 в корпус 8. Эту же роль выполняет уплотнительное кольцо 15.

Устройство может работать в следу 25 ющих вариантах.

К образцу 5 через канал 2 под определенным давлением подается рабочий агент (например, газ5, который филь" труется по порам и трещинам ориентированными, как в осевом направлении, 1так и выходящими через боковую поверхность образца. При открытых вентилях

7 и 12, прошедший через образец газ поступает в расходомеры, которые фик- З5 сируют объемные расходы газа.

Закрывают вентиль 12 и при этом же давлении определяют объемный расход газа фильтрующийся через боковую поверхность.

Через. канал 11 газ подается к нижнему торцу образца и при открытых вентилях 3 и 7 фиксируют объемные расходы газа, прошедшего через боковую поверхность и в осевом направлении.

Закрывают вентиль 3 и при этом же давлении определяют объемный расход газа, фильтрующего через боковую поверхность.

Через отверстие 5 при открытых вен-5О тилях 7 и 12 подают газ, а его количество, прошедшее через образец, определяют расходомерами, подключенными к каналам 2 и l1.

Сравнивая полученные данные объемных расходов газа по изложенным вариантам, судят о фильтрационной cno" собности исследуемого образца и ка02 6 чественно оценивают структуру фильтрационных каналов и трещин. Поинтервальное исследование фильтрации рабочего агента через образец осуществляется следующим образом.

Для этого нижний шток 10 и образец 5 освобождают от сжатия уплотни- . тельным резиновым элементом 9 путем частичного раскручивания кожуха 4, соединенного через резьбу с корпусом 8.

Затем корпус с кожухом передвигают вверх относительно образца и штоков на необходимую высоту. После этого закручивают чехол в корпус с целью обжгтия уплотнительным элементом образца для изоляции камеры чехла от канала 11. Исследования выполняют по указанным вариантам. Далее опять сравнивают полученные данные объемных расходов газа для данного интервала с предыдущей серией полученных данных и оценивают фильтрационную способность образца и структуру фильтрационных каналов и т,д, °

Устройство также позволяет nposoдить поинтервальное изучение радиаль" ной фильтрации.Для этого в образцепросверливается осевое отверстие (на чертеже отверстие показано пунктирной линией

8 этом случае вместо уплотнительных колец 15 и 17 торцовые поверхности образца герметизируют с помощью дисков из мягкой резины, в центре которых имеется отверстие диаметром, равным диаметрам каналов 2 и l1. Вентиль

12 при таких исследованиях перекрыва" ется, Это необходимо для того, чтобы фильтрующийся рабочий агент не про" ходил по трещинам и порам в осевом

При помощи струбцины и плунжерной пары создается фиксированное значение осевого давления. Проницаемость îïðåделяют при направлении фильтрации как от внешней поверхности (через отверстие 65 к осевому отверстию по радиусу, так и в обратном направлении (через канал 25. . Поинтервальное определение проницаемости при радиальной фильтрации производится перемещением чехла 4 и корпуса 8 вверх относительно иссле" дуемого образца 5 и втулок 1 и 10 по изложенной методике.

Использование предлагаемого изобретения при изучении свойств горных пород позволит в сравнении с известным получить следующие преимущества: формула изобретения

ИИПИ Заказ 3226/54 раж 883 Подписное

7 9282 производить поинтервальное определе ние разнонаправленной проницаемости образцов; определять поинтервальное значение радиальной проницаемости образца; давать качественную оценку структуры фильтрационных каналов образца.

fe

Устройство для изучения фильтрационных свойств горных пород, содержащее чехол с образцом и поршень для передачи на образец сжимающего усилия, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, и c, целью дифференцированной оценки проницаемости и определения ориента-. ции поровых каналов, устройство .снаб02 8; жено втулкой с вмонтированным в ее верхней части уплотнительным элементом, соединенной с чехлом, причем втулка и чехол выполнены с возмож ностью осевого перемещения относительно исследуемого образца.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР

N 488918, кл. 6 01 N 15/08, 1974.

2. Методические рекомендации по исследованию пород-коллекторов нефти и газа физическими и петрографическими методами. M., ВНИИГНИ, 1978, .с. 160-161.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 233981, кл. G 01 N 15/08, 1966 прототип) . лиал ППП "Патент", Ужгород, ул. Проектная, 4