УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОРИСТЫХ ОБРАЗЦОВ, СИСТЕМА И СПОСОБ ПОСТРОЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОРИСТЫХ ОБРАЗЦОВ С ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ Российский патент 2022 года по МПК E21B49/00 G01N27/00 G01N33/24 

Область техники

[1] Заявленное изобретение может применяться в отрасли нефтегазодобывающей промышленности и инженерной геофизике и относится к области электротехники, а также к методам исследования электрических свойств породы и 3D моделирования, а именно к томографическим аппаратам, предназначенным для исследования фильтрационных свойств образцов породы с целью извлечения нефти с помощью ее вытеснения различными флюидами. В частности, настоящее изобретение относится к электрической томографии и динамическим системам построения моделей и визуализации электрических свойств породы.

Уровень техники

[2] Под методом электротомографии в разведочной геофизике обычно понимается комплекс, включающий в себя как методику полевых наблюдений, так и технологию обработки и интерпретации полевых данных, предназначенный для получения двумерных и трехмерных геоэлектрических разрезов из измерений, полученных на поверхности земли или в скважинах. Электротомография позволяет подробно изучить электрические свойства среды, построить двумерные и трехмерные модели распределения сопротивления и поляризуемости, а также выявить локальные неоднородности разреза. В число особенностей этого метода входит многократное использование электродов, функционирующих и как инжектирующие, и как измерительные элементы. Данная технология в геофизике обычно применяется при исследовании поверхности земной коры, шахт и скважин, т.е. в общем случае метод относится к классу наземных геофизических методов с масштабами объекта исследования порядка сотни метров.

[3] На данный момент для проведения оценки флюидонасыщенности, описания процессов вытеснения нефти и газа водой и распределения фронта движения флюида используется метод рентгеновской томографии. Один из наиболее распространенных вариантов состоит в следующем: цифровые модели образцов строятся из двумерных слоев изображений, полученных с использованием источника рентгеновского излучения, вращающегося вокруг образца, а плотность образца рассчитывается по коэффициентам затухания излучения. Поскольку имеется высокий контраст плотности между породой и порами, заполненными флюидом, изображения компьютерных томограмм могут быть использованы для визуализации заполненных текущей жидкостью образцов керна. В число недостатков входит использование сложного дорогостоящего оборудования и специальных условий проведения экспериментов. Кроме того, фиксированное расстояние между источником излучения и приемником зачастую ограничивает проведение исследования данным аппаратом только на образцах керна определенных размеров. Известны несколько устройств и способов, основанных на методе рентгеновской томографии, позволяющих провести лабораторные исследования скважинного материала нефтегазовых месторождений, в том числе образцов керна пород и пластового флюида.

[4] Известно решение (RU 2651679 C1; опубл. 23.04.2018; МПК: G01N 1/28, E21B 25/08), включающее в себя, в том числе использование компьютерной рентгеновской томографии для получения цифровых моделей керна, предварительное проведение эксперимента на естественном образце керна для определения его механических и фильтрационных свойств с последующим уточнением, разделением и корректировкой параметров и структуры цифровой модели посредством обеспечения совпадения результатов счета с фактическими данными и осуществление трехмерной печати цифровой модели керна, способной к использованию в фильтрационных экспериментах.

[5] Согласно описанному решению, томографические изображения естественного керна получаются с применением специализированных томографов для исследования горных пород или с использованием томографов высокого разрешения общего назначения, после чего изображения фильтруются и переводятся в общепринятые форматы с использованием программного обеспечения. Цифровые модели керна строятся в специализированных коммерческих программных продуктах с применением имеющихся фильтров и настроек. При этом сначала проводится эксперимент по определению механических и фильтрационных свойств естественного образца керна с использованием специализированного фильтрационного оборудования. Далее с использованием специального программного обеспечения проводится расчет свойств в лаборатории и сопоставление с фактическими данными с последующей нормировкой и устранением неточностей.

[6] Недостатки этого способа состоят в том, что решение, описанное в патенте RU 2651679 C1, не позволяет исследовать фильтрационные свойства образцов кернов и не позволяет построить точную модель распределения таких свойств. Кроме того, отсутствует возможность исследования вытеснения флюида в динамике, т.е. непрерывно.

[7] Известно другое решение (RU 2444031 C2; опубл. 27.02.2012; МПК: G01V 8/00), состоящее из в том числе получения каротажных данных из коллектора, их обработки в изображение скважины, исследования и обработки изображения в одно свернутое полное круговое изображение стенки скважины и получения керна из коллектора для генерации его цифровых данных в виде численной модели псевдокерна.

[8] В число недостатков приведенного устройства входит возможность повреждения керна в ходе извлечения из коллектора, что может привести к изменениям механических и фильтрационных свойств образца. Кроме того, профиль нефтенасыщенности в данном решении не может быть исследован непрерывно.

[9] Метод электротомографии, наряду с рентгеновской томографией, используется при исследовании фильтрационных свойств материала, в том числе противофильтрационных элементов (RU 2678535 C1; опубл. 29.01.2019; МПК: E02B 7/06, E02B 3/16, G01N 27/00). Способ состоит в том, что происходит поочередное пропускание тока через определенные пары электродов, расположенных в теле диафрагмы, с последующим измерением разности потенциала на паре других приемных электродов, затем вычисляется величина удельного электрического сопротивления. С постепенным увеличением расстояния между питающими и приемными стальными электродами глубина исследования увеличивается. Результатом последовательного измерительного цикла являются геоэлектрический портрет – двумерная карта распределения удельного электрического сопротивления.

[10] К недостаткам данного решения относятся отсутствие возможности построения геоэлектрического портрета в динамике, а также длительный интервал измерения (около суток), и построение двумерного, а не трехмерного распределения удельного электрического сопротивления.

[11] Другим близким к заявляемому изобретению можно считать решение (US 4907448 A; опубл. 13.03.1990; МПК: G01N15/08, G01N33/24, E21B49/02). В патенте описано устройство, содержащее втулку, фиксирующую насыщенный жидкостью образец керна, впускное отверстие для текучей среды, расположенное в первом конце втулки, через которое вторая текучая среда нагнетается под давлением в первый конец образца для вытеснения упомянутой первого флюида со второго конца образца керна, причем второй флюид не смешивается с первым, пористый элемент, расположенный рядом со вторым концом керна внутри указанной втулки и проницаемый только для первой жидкости, выпускное отверстие для жидкости, расположенное на втором конце втулки, через которое первая жидкость выпускается из втулки после вытеснения со второго конца образца через пористый элемент, множество электродов, проходящих через втулку и контактирующих с поверхностью керна во множестве разнесенных друг от друга положений по длине образца керна, источник тока, давления и средство, соединенное с электродами, для измерения удельного сопротивления между соседними парами электродов.

[12] Недостатки данного изобретения состоят в том, что ток пропускается непосредственно по образцу, что может приводить к дополнительным наводкам со стороны образца. Кроме того, использование полупроницаемой мембраны дополнительно затрудняет выполнение решения. Также не реализовано построение карты удельного сопротивления образца, его флюидонасыщенности и возможность наблюдения за фронтом вытеснения флюида.

[13] Недостатком всех упомянутых приборов является отсутствие возможности исследования вытеснения флюида непрерывно.

Сущность изобретения

[14] Задачей настоящего изобретения является создание устройства исследования пористых образцов и построения трехмерной динамической модели распределения их удельного электрического сопротивления и насыщенности вытесняющей и вытесняемой жидкостями и разработка способа, эффективно поддерживающего заявляемые точность и быстродействие устройства.

[15] Данная задача решается за счет достижения заявляемым изобретением технического результата, заключающегося в применении быстродействующей и эффективной методики электротомографии при исследовании пористых образцов, в том числе в динамике, что позволяет получать и строить модель удельного электрического сопротивления пористых образцов с возможностью определения положения фронта вытесняющей жидкости в пористом образце и с расчетом насыщенности вытесняемой и вытесняющей жидкостями. Данная методика обеспечивает также отсутствие вредного излучения и существенного ограничения геометрических характеристик при исследовании образцов. Под быстродействием понимается возможность получения результата исследования пористых образцов в процессе движения фронта флюида в образцах.

[16] Технический результат достигается, в том числе за счет конструкции устройства исследования пористых образцов, обеспечивающей надежность полученных данных и реализации хорошего разрешения полученной модели, достаточного для, например, определения фронта вытеснения флюида при фильтрационных экспериментах.

[17] Более полно технический результат достигается за счет устройства исследования пористых образцов, которое содержит держатель, который заполняется гидравлической жидкостью и в который помещаются манжета с по крайней мере одним пористым образцом, при этом на манжете размещаются инжектирующие и измерительные электроды на определенном расстоянии. Держатель ограничен с двух сторон неподвижными ограничителями таким образом, что по крайней мере один из ограничителей соединен с устройством обеспечения давления, которое сообщается с держателем с помощью по крайней мере одной линии подачи давления и линий подачи жидкости, по которым осуществляется прохождение вытесняющей и вытесняемой жидкостей через пористый образец. Кроме того, манжета с исследуемым образцом зажимается с двух сторон устройством обеспечения давления. Инжектирующие и измерительные электроды подключаются к коммутатору, регулирующему порядок подачи и снятия сигналов с поверхности образца. Коммутатор, в свою очередь, соединяется с аналого-цифровым преобразователем (АЦП или блок АЦП) и источником питания. Коммутатор обеспечивает тем самым подачу переменного тока от источника питания на инжектирующие электроды и снятие потенциала с измерительных электродов, позволяя таким образом исследовать пористый образец в динамике протекания жидкостей. Блок АЦП производит преобразование измеренного сигнала из аналоговой формы в цифровую для дальнейшей работы с массивом полученных данных. Держатель, внутрь которого помещается опоясывающая образец манжета с электродами, служит для крепления с помощью устройства обеспечения давления исследуемого пористого образца и ограничен с двух сторон неподвижными ограничителями. Участок между ограничителями заполнен гидравлической жидкостью, подаваемой через линию подачи давления и обеспечивающей обжимное давление на пористый образец, в то время как устройство обеспечения давления создает осевое давление в ходе течения вытесняющей и вытесняемой жидкостей внутри исследуемого образца, причем подача жидкостей осуществляется по линиям подачи жидкости, проходящей сквозь ограничитель и устройство обеспечения давления. Связь электродов с коммутатором и прочими частями электрической цепи может быть выполнена посредством электрических проходных соединителей, выполненных в одном из неподвижных ограничителей, по которым проложены провода.

[18] В качестве пористых образцов могут выступать, в том числе образцы керна, естественного и синтетического, а также образцы бетона. Совокупность таких объектов образует керновую колонку. Размеры таких объектов ограничиваются размерами самого держателя и манжеты. В предпочтительном варианте реализации в манжету помещается до 6 образцов цилиндрической формы с высотой до 60 мм и шириной до 30 мм.

[19] Манжета служит для изоляции подключенных электродов от гидравлической жидкости, также она вместе с гидравлической жидкостью обеспечивает обжимное давление на пористые образцы и препятствует распаду керновой колонки. Манжета может быть выполнена из диэлектрического материала, стойкого к воздействию растворов кислот и нефтяных продуктов, а также имеющего температуру размягчения выше 150°C, например, из резиновой смеси определенной марки.

[20] Инжектирующие и измерительные электроды, соответственно испускающие и принимающие сигнал для исследования пористого образца, могут располагаться в цилиндрической геометрии соосно с исследуемыми образцами и опоясывая их, причем в этом случае в каждом поперечном слое манжеты находится по крайней мере по 2 инжектирующих и измерительных электрода. Также шаг между поперечными слоями манжеты может быть подобран одинаковым, а соседние слои, содержащие электроды, могут быть повернуты относительно другу друга на какой-либо угол. Кроме того, с помощью коммутатора может быть реализовано поочередное переключение режимов электродов с испускания сигнала на его прием и наоборот.

[21] В фильтрационных экспериментах для создания обжимного давления на пористые образцы реализовано заполнение держателя различными гидравлическими жидкостями, в числе которых минеральные, синтетические и полусинтетические масла, жидкости на силиконовой основе, водомасляные эмульсии, масляноводные эмульсии и другие виды масел. Тип жидкостей выбирается исходя из рабочей температуры держателя и рабочих давлений. Держатель может быть выполнен в форме погружного кернодержателя, кернодержателя Хасслера и других и изготовлен из прочного материала, выдерживающего высокие давления, например, металла. Выбор может основываться на условиях постановки эксперимента.

[22] Устройство обеспечения давления осуществляет осевое давление на пористый образец, способствуя тем самым протеканию жидкостей по линиям подачи жидкости в образец. Устройство обеспечения давления может быть выполнено в виде гидродомкрата с двумя плунжерами, либо в виде двух плунжеров и других аналогичных устройств.

[23] Линии подачи жидкости обеспечивают протекание вытесняющей и вытесняемой жидкостей в образце и проходят через устройство обеспечения давления, сообщенного с держателем, обеспечивая тем самым ток жидкости. Линии подачи жидкости могут нести в себе различные флюиды, в числе которых нефть, вода, минерализованная вода, керосин, смесь воды с керосином или нефтью, буровой раствор и раствор кислот. Выбор также зависит от постановки эксперимента.

[24] Система построения модели распределения удельного электрического сопротивления пористых образцов включает в себя устройство исследования пористых образцов, описанное выше, передатчик, реализующий отправку полученного массива данных в программно-аппаратный комплекс, процессор, производящий вычисление удельного электрического сопротивления исследуемых образцов посредством решения обратной задачи, и интерфейс для вывода данных для наглядного построения модели удельного электрического сопротивления.

[25] Способ исследования пористых образцов включает в себя размещение пористого образца в манжету со встроенными в нее электродами, фиксацию манжеты с образцом с двух сторон с помощью устройства обеспечения давления, подключение инжектирующих и измерительных электродов к пористому образцу для подачи и снятия сигнала соответственно и к коммутатору, заполнение держателя и устройства обеспечения давления гидравлической жидкостью, подающейся по линии подачи давления, подачу вытесняемой и вытесняющей жидкости по линиям подачи жидкости в образец, подачу тока известной величины с помощью источника тока для расчета удельного электрического сопротивления и коммутатора на по крайней мере два инжектирующих электрода, затем измерение наведенной инжектирующими электродами разности потенциалов на по крайней мере двух измерительных электродах, последующую фильтрацию целевого диапазона из зашумлённого сигнала и вычисление кажущегося сопротивления пористого образца.

[26] Один из вариантов исполнения заявляемого решения допускает подачу тока на по крайней мере 2 комбинации инжектирующих электродов, а также осуществление измерения тока на по крайней мере двух комбинациях измерительных электродов. Кроме того, имеется возможность обеспечения синхронного измерения значения тока на различных комбинациях электродов путем их перебора с помощью коммутатора для расчета удельного электрического сопротивления в динамике течения жидкостей.

[27] Зашумленный сигнал может быть отфильтрован различными методами, в числе которых преобразование Фурье, Лапласа, Вейвлет и другие. Сам же сигнал может находиться в различных частотных диапазонах и иметь разную форму (синусоида, меандр и другие).

[28] Способ построения распределения удельного электрического сопротивления образцов породы состоит из следующих этапов: получение массива данных кажущихся сопротивлений указанным выше способом, решение обратной задачи, позволяющей определить величину удельного электрического сопротивления, и построение модели удельного электрического сопротивления среды внутри исследуемого образца.

[29] В число особенностей одной из реализаций может быть включена непрерывность регистрации данных, обработки массива регистрируемых данных и построения трехмерной модели удельного электрического сопротивления образца. Также возможно определение положения фронта вытесняющей жидкости в пористом образце и расчет насыщенности вытесняющей и вытесняемой жидкостями.

Описание чертежей

[30] Объект притязаний по настоящей заявке описан по пунктам и четко заявлен в формуле изобретения. Упомянутые выше задачи, признаки и преимущества изобретения очевидны из нижеследующего подробного описания, в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых показано:

[31] На Фиг. 1 показан один из вариантов сборки манжеты с керном

[32] На Фиг. 2 показан другой вариант сборки манжеты с керном

[33] На Фиг. 3 показана возможная сборка держателя

[34] На Фиг. 4 показана другая сборка держателя

[35] На Фиг. 5 показана схема системы построения модели распределения удельного электрического сопротивления пористых образцов

[36] На Фиг. 6 показана блок-схема, изображающая способ построения распределения удельного электрического сопротивления пористых образцов.

Подробное описание изобретения

[37] В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту, очевидно, каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящего изобретения.

[38] Кроме того, из приведенного изложения ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, очевидны для квалифицированных в предметной области специалистов.

[39] На Фиг. 1 изображена схема одного из вариантов размещения колонки образцов внутри одного из вариантов держателя заявляемого устройства исследования пористых образцов. Данный вариант состоит из манжеты 102, в которую помещаются пористые образцы 101, инжектирующие и измерительные электроды 103, встроенные в манжету 102, и устройства обеспечения давления, выполненного в виде плунжеров 104, плотно сжимающего упомянутые образцы 101 внутри манжеты 102. Пористые образцы 101 являются объектами исследования в данной установке и могут представлять собой естественные или синтетические образцы керна, а также образцы бетона. Свойство «пористый» означает, что образец является проницаемым для жидкостей при постановке эксперимента по фильтрации. В данном выполнении каждый из трех цилиндрических образцов керна имеет размеры 30х30 мм. Возможно также размещение одного цилиндрического образца керна с габаритными размерами 90х30 мм, а также удлинение керновой колонки до 330 мм. Манжета 102 представляет собой цилиндрический уплотнительный элемент, обхватывающий образцы 101, способствуя тем самым их плотному контакту между собой, обеспечивая равномерное распределение обжимного давления при погружении манжеты в гидравлическую жидкость, а также изолируя электроды 103 от упомянутой жидкости и создавая плотный контакт электродов с поверхностью образцов 101. Размещение электродов 103 в манжете 102 является удобным с точки зрения постановки экспериментов по изучению фильтрационных свойств пористых образцов 101 в виду того, что вытесняющая жидкость протекает сквозь колонку образцов практически непрерывно из-за тесного контакта между частями колонки с одной стороны, а с другой манжета 102 плотно охватывает цилиндрическую поверхность образцов. Таким образом одновременно реализуется достоверность получаемых данных при обработке сигнала от электродов, плотно контактирующих с поверхностью образцов, вместе с неразрывным течением вытесняющей жидкости сквозь колонку и изоляцией. В предпочтительной реализации изобретения в манжету помещается до 6 образцов породы, что обеспечивает достоверность получаемых данных вместе с небольшим размером колонки. Инжектирующие и измерительные электроды 103 выполняют соответственно функцию подачи и детектирования электрического сигнала, поступающего на поверхность упомянутых образцов 101, что в сущности и представляет собой реализацию метода электротомографии. В предпочтительной реализации заявляемого решения электроды 103 располагаются в манжете 102 в цилиндрической геометрии соосно с колонкой образцов. Размещение таким образом упрощает расчет удельного электрического сопротивления среды при обработке массива данных. При этом одним вариантом размещения электродов 103 является их расположение по 4 штуки в каждом поперечном слое манжеты, отделенным одним шагом, таким образом, что в каждом слое имеется 2 инжектирующих электрода и 2 измерительных электрода. Такая композиция элементов сочетает в себе простоту реализации решения и вместе с тем достаточное качество получаемых данных. В предпочтительной реализации устройства по длине манжеты равномерно распределено 48 электродов, по 4 штуки в одном слое. Возможно также равномерное размещение по 6 штук в 8 слоях, а также размещение 96 или 144 электродов на манжете. В предпочтительном способе исполнения заявляемого решения имеется возможность переключения режима электродов с измерительного на инжектирующий и наоборот. Данный вариант позволяет существенно упростить размещение электродов в манжете и значительно облегчает исследование фильтрационных свойств образцов при протекании в них жидкости в динамике. В одном из исполнений данного решения шаг между соседними поперечными слоями манжеты 102 может быть равным от 20 до 30 мм и составлять одинаковое значение, что также упрощает расчет сопротивления. Это, с учетом цилиндрической геометрии, обеспечивает полноту и равномерность детектирования сигнала. Возможна также реализация, согласно которой каждый следующий слой электродов соосно повернут на примерно 45° относительно предыдущего. Устройство обеспечения давления в представленной реализации выполнено в виде плунжеров 104 и создает осевое давление на колонку образцов, устраняя тем самым зазоры в ней вместе с манжетой 102 и фиксируя их неподвижно. Таким образом оно создает ток вытесняемой и вытесняющей жидкости по линиям подачи жидкости. В фильтрационных экспериментах это является необходимым условием для качественного исследования свойств образцов.

[40] На Фиг. 2 представлена другая реализация размещения колонки образцов внутри одного из вариантов держателя заявляемого устройства исследования пористых образцов. В данном выполнении колонка кернов содержит 6 образцов, на каждый из которых размещено по 8 электродов в 2 слоя по 4 штуки в каждом.

[41] На Фиг. 3 показана схема одного из вариантов выполнения держателя устройства исследования пористых образцов. Держатель 201, в частности, кернодержатель погружного типа, содержит в себе упомянутую сборку манжеты и служит для защиты устройства от механических повреждений извне и является стойким к высокому давлению внутри. Держатель 201 ограничен неподвижными ограничителями 203, выполненными в виде бокового фланца. Также держатель заполняется гидравлической жидкостью 206, которая обеспечивает обжимное давление на колонку кернов через манжету 102, через линию подачи давления 207. Сквозь неподвижный ограничитель 203 проходит линия подачи жидкости 204, непосредственно участвующей в исследовании фильтрационных свойств пористых образцов. Устройство обеспечения давления служит для нагнетания осевого давления на вытесняющую жидкость, втекаемую в колонку кернов, и выполнено в виде плунжеров 104. В неподвижном ограничителе 203, замыкающем держатель 201 и соединенным с одним из плунжеров 104, обеспечивающем осевое давление, выполнены электрические проходные соединители 205, реализующие электрический контакт коммутатора, источника тока и блока АЦП с электродами 103. Держатель 201 в одном из вариантов выполнения является металлическим или сделанным из сплавов, поскольку такие материалы отличаются высокой прочностью и способны выдержать значительные давления как снаружи, так и внутри. В предпочтительной реализации заявляемого устройства держатель 201 заполняется гидравлическим силиконовым маслом 206. Данное вещество отличается минимальной зависимостью вязкости от температуры, химической инертностью к материалам, из которых сделаны элементы держателя, значительной несжимаемостью, малым коэффициентом теплового расширения, нетоксичностью, а также оно имеет температуры кипения вне рабочего диапазона температур. Разные виды жидкости могут применяться в экспериментах, изучающих геомеханические свойства образцов. В одном из выполнений устройства по линиям подачи жидкости 204 могут протекать нефть, вода, минерализованная вода, керосин, смесь воды с керосином или нефтью, буровой раствор и раствор кислот. Выбор вещества зависит от постановки эксперимента.

[42] На Фиг. 4 проиллюстрирован другой вид выполнения держателя устройства исследования пористых образцов. В нем устройство обеспечения давления состоит из упомянутых выше плунжеров 104 и гидродомкрата 202, а держатель 201 выполнен в виде кернодержателя Хасслера. Кроме того, в данной реализации используется две линии подачи давления, одна из которых подает один из видов гидравлических жидкостей 206 в держатель 201, а другая другой вид гидравлической жидкости в объем гидродомкрата. Гидродомкрат 202 передает усилие на один из плунжеров 104, что позволяет дифференцировать обжимное давление и осевое давление на колонку керна. Вместе с тем имеется возможность реализовать гидростатические условия эксперимента, обеспечив одинаковое значение обжимного и осевого давления путем сообщения гидродомкрата 202 с держателем 201, например, с помощью переходника и заполнением обоих элементов одинаковым видом гидравлической жидкости.

[43] На Фиг. 5 представлена схема системы построения модели распределения удельного электрического сопротивления пористых образцов, включающая в себя в данном случае устройство исследования пористых образцов 501, выполненное в одной из вариаций, передатчик 502, в данном случае блок АЦП, реализующий отправку полученного массива данных в программно-аппаратный комплекс, процессор 503, производящий вычисление удельного электрического сопротивления исследуемых образцов посредством решения обратной задачи, и интерфейс для вывода данных 504.

[44] Устройство работает следующим образом. Пористый образец или колонка из нескольких образцов 101 соосно размещается в манжету 102 с размещенными на ней электродами 103 и плотно фиксируется там. Затем манжета с образцами помещается в предварительно пустой держатель 201, выполненный из металла и ограниченный неподвижными ограничителями 203, и ограничивается с двух сторон устройством обеспечения давления 104, которое контактирует с как минимум одним из неподвижных ограничителей 203. Электроды 103 подсоединяются к линии подачи электрического тока, проходящие через электрические проходные соединители 205, выполненные в неподвижном ограничителе 203. Таким образом замыкается электрическая цепь, состоящая из источника питания, коммутатора, блока АЦП и электродов. Далее держатель 201 и устройство обеспечения давления 104 наполняется гидравлическим маслом 206 по линиям подачи давления 207 и держатель 201 закрывается. При необходимости, колонка образцов 101 донасыщается вытесняемой жидкостью, например, нефтью, подающейся через линии подачи жидкости 204, проходящей через один из неподвижных ограничителей 203, при этом устройство обеспечения давления 104 нагнетает давление. После этого источник питания включается, а по линиям передачи 204 подается вытесняющая жидкость, например, вода. Коммутатор поочередно подает переменный синусоидальный ток с частотой, например, 250 Гц на одну из пар электродов в каждом поперечном слое манжеты, реализуя тем самым на них режим инжекции, а другая пара электродов, например, в том же слое, измеряет наведенную разность потенциалов, затем другая пара становится инжекторами уже в следующем цикле, а оставшаяся – измерителями, причем измерение наведенного потенциала происходит синхронно на нескольких измерительных электродах. Коммутатор подает ток на каждый равноудаленный друг от друга слой, тем самым завершая один цикл. Полученный из устройства исследования пористых образцов 501 массив данных оцифровывается и передается посредством передатчика 502, выполненным в виде блока АЦП, передается на программно-аппаратный комплекс и фильтруется с помощью, например, преобразования Фурье, причем все это происходит непрерывно с коммутацией прочих электродов. Далее происходит вычисление кажущегося сопротивления с помощью процессора 503 по известному значению тока и преобразованной разности потенциалов, после чего решается обратная задача, результатом которой является распределение удельного электрического сопротивления на текущий момент времени и построение его трехмерной модели с последующим выводом на интерфейс 504. Кажущееся сопротивление названо таковым по причине того, что источник питания подаёт ток известной амплитуды к одним электродам, а измерение электрического потенциала происходит на измерительных электродах, находящихся на некотором расстоянии от инжектирующих электродов. Измеренное напряжение делится на ток и получается величина по размерности являющаяся сопротивлением, но поскольку ток течет в одном участке цепи, а потенциал наведенный им в образце, измеряется в другом, то полученная величина является кажущейся. По полученному распределению определяют положение фронта вытеснения в пористом образце и рассчитывают водо- и нефтенасыщенность.

[45] Один из вариантов способа исследования пористых образцов состоит в следующем. В манжету 102 с размещенными на ней электродами 103 размещают исследуемый образец 101, после чего манжету с образцом зажимают с двух сторон устройством обеспечения давления, например, плунжерами 104, и подключают электроды к образцу и через провода, проходящие через проходные электрические соединители 205, выполненные в неподвижном ограничителе 203, к коммутатору. Затем держатель 201 и устройство обеспечения давления заполняют гидравлической жидкостью, например, гидравлическим маслом 206, с помощью линий подачи давления 207, после чего по линиям подачи жидкости 204 подают вытесняемую и вытесняющие жидкости, например, нефть и воду, в образец 101. Далее ток подают на по крайней мере два инжектирующих электрода с помощью коммутатора, соединенного с источником питания, и измеряют разность потенциалов на по крайней мере двух измерительных электродах, после чего зашумленный сигнал подвергают фильтрации в целевом диапазоне, и затем вычисляют кажущегося сопротивления. Коммутатор обеспечивает автоматическое переключение комбинаций электродов. Возможна реализация данного решения, в которой ток подается на по крайней мере две комбинации инжектирующих электродов, а измерение разности потенциала ведется на по крайней мере двух комбинациях измерительных электродов. Такой метод позволяет принимать сигнал в различных точках образца, способствуя тем самым построению наиболее полной картины распределения удельного электрического сопротивления в среде. Кроме того, имеется возможность производить измерение значения тока на комбинациях измерительных электродов синхронно, что позволяет увеличить скорость сбора данных. Для исследования в динамике течения жидкостей перебирают различные комбинации измерительных и инжектирующих электродов в ходе движения жидкостей. Подающийся на электроды сигнал может иметь форму синусоиды, меандра или другой формы с частотой до 1000 Гц. Выбор формы тока обусловлен простотой реализации синусоиды в качестве сигнала и устранением эффекта поляризации электродов при периодической смене полярности. Частота же может быть выбрана исходя из частоты дискретизации блока АЦП. Фильтрация сигнала от шумов может быть реализована с помощью преобразования Фурье, Лапласа или Вейвлет. Преобразование Фурье может быть выбрано ввиду того, что является наиболее простым в исполнении с технической и программной точки зрения.

[46] Один из вариантов способа построения распределения удельного электрического сопротивления пористых образцов представлен на Фиг. 6. Он включает в себя получение массива данных кажущихся сопротивлений по представленному выше способу, затем решение обратной задачи и построение модели удельного электрического сопротивления среды внутри исследуемого образца. Решение обратной задачи состоит в инверсии полученных кажущихся сопротивлений и получение распределения проводимости в образце для вычисления уже удельного сопротивления или проводимости во всем объеме. Оно может быть реализовано с помощью специального программного обеспечения и является известным методом в геофизике. Одним из вариантов решения является непрерывная регистрация и обработка массива регистрируемых данных, что позволяет исследовать динамику распределения. Также может быть реализовано построение трехмерной модели распределения сопротивления, наглядно демонстрирующей, например, эволюцию фронта вытеснения со временем. Еще одним вариантом реализации является определение положения фронта вытеснения жидкости в образце и расчет распределения насыщенности жидкостей. Данные, полученные посредством этого варианта исполнения, могут существенно облегчить исследование фильтрационных свойств образцов пород.

[47] Таким образом, упомянутые элементы напрямую влияют на технический результат, заключающегося в применении быстродействующей и эффективной методики электротомографии при исследовании пористых образцов, в том числе в динамике, а именно получение и построение трехмерной модели удельного электрического сопротивления образцов породы с возможностью определения положения фронта вытесняющей жидкости в пористом образце и с расчетом насыщенности вытесняемой и вытесняющей жидкостями.

[48] В настоящих материалах заявки представлено предпочтительное раскрытие осуществления заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки запрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов соответствующей области техники.

Группа изобретений может применяться в отрасли нефтегазодобывающей промышленности и инженерной геофизике. Способ исследования пористых образцов реализуется следующим образом: манжета с размещенным в ней пористым образцом зажимается устройством обеспечения давления с двух сторон, инжектирующие и измерительные электроды в манжете подключаются к пористому образцу и к коммутатору, соединенному с аналого-цифровым преобразователем и источником тока. Держатель, с двух сторон ограниченный неподвижными ограничителями, один из которых связан с устройством для обеспечения давления, и устройство обеспечения давления наполняются гидравлической жидкостью с помощью линии подачи давления. Подают по очереди вытесняемую и вытесняющую жидкости в образец по линиям подачи жидкости. Ток известной величины с помощью источника тока и коммутатора подают на два инжектирующих электрода, измеряют наведенную инжектирующими электродами разность потенциалов на двух измерительных электродах. Далее фильтруют целевой диапазон из зашумлённого сигнала и вычисляют кажущееся сопротивление пористого образца. После получения массива данных кажущихся сопротивлений, решают обратную задачу и строят модель удельного электрического сопротивления среды внутри образца. Обеспечивается быстродействующая и эффективная методика электротомографии при исследовании пористых образцов, в том числе в динамике, а именно получение и построение трехмерной модели удельного электрического сопротивления образцов породы с возможностью определения положения фронта вытесняющей жидкости в пористом образце и с расчетом насыщенности вытесняемой и вытесняющей жидкостями. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство исследования пористых образцов, содержащее держатель, заполненный гидравлической жидкостью, в который помещена манжета, по крайней мере, с одним пористым образцом, при этом на манжете на определенном расстоянии размещены измерительные и инжектирующие электроды, при этом держатель ограничен с двух сторон неподвижными ограничителями таким образом, что, по крайней мере, один из ограничителей соединен с устройством для обеспечения давления, сообщенным с держателем посредством, по крайней мере, одной линии подачи давления и линий подачи жидкости, по которым осуществляется прохождение вытесняющей и вытесняемой жидкостей через пористый образец, причем манжета с исследуемым образцом зажимается устройством обеспечения давления с двух сторон, а инжектирующие и измерительные электроды на образце подключены к коммутатору, соединенному с аналого-цифровым преобразователем и источником тока.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в манжету помещается от одного до шести пористых образцов.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в каждом поперечном слое манжеты, отделенным одним шагом, расположено два инжектирующих электрода и два измерительных электрода.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что имеется возможность переключения электрода с режима инжектирования в режим измерения и наоборот.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что шаг между поперечными слоями манжеты постоянен.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство обеспечения давления состоит из двух плунжеров.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство обеспечения давления состоит из двух плунжеров и гидродомкрата.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве гидравлической жидкости используется гидравлическое масло.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что в держателе и устройстве обеспечения давления создают одинаковое гидростатическое давление.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что держатель выполнен из металла.

11. Система построения модели распределения удельного электрического сопротивления пористых образцов, включающая устройство исследования пористых образцов по п.1, передатчик, реализующий отправку полученного массива данных в программно-аппаратный комплекс, процессор, производящий вычисление удельного электрического сопротивления исследуемых образцов посредством решения обратной задачи, и интерфейс для вывода данных.

12. Способ исследования пористых образцов, при котором:

- в манжету с размещенными на ней электродами помещают пористый образец;

- манжету с образцом зажимают устройством обеспечения давления с двух сторон;

- электроды в манжете подключают к пористому образцу и к коммутатору;

- держатель и устройство обеспечения давления наполняют гидравлической жидкостью с помощью линии подачи давления;

- подают по очереди вытесняемую и вытесняющую жидкости в образец по линиям подачи жидкости;

- ток известной величины с помощью источника тока и коммутатора подают, по крайней мере, на два инжектирующих электрода;

- измеряют наведенную инжектирующими электродами разность потенциалов, по крайней мере, на двух измерительных электродах;

- фильтруют целевой диапазон из зашумлённого сигнала;

- вычисляют кажущееся сопротивление пористого образца.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что этапы после подачи вытесняемой и вытесняющей жидкости повторяют не менее двух раз.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что ток подают, по крайней мере, на две комбинации инжектирующих электродов.

15. Способ по п.13, отличающийся тем, что измерение тока осуществляют, по крайней мере, на двух комбинациях измерительных электродов.

16. Способ по п.14 или 15, отличающийся тем, что измерение значения тока на комбинациях электродов происходит синхронно.

17. Способ по п.12, отличающийся тем, что переключают электроды с режима инжектирования в режим измерения и наоборот.

18. Способ по п.12, отличающийся тем, что ток является переменным.

19. Способ построения распределения удельного электрического сопротивления пористых образцов, включающий получение массива данных кажущихся сопротивлений по п.12, решение обратной задачи и построение модели удельного электрического сопротивления среды внутри пористого образца.

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что обработка массива регистрируемых данных осуществляется непрерывно.

21. Способ по п.19, отличающийся тем, что модель удельного электрического сопротивления среды является трехмерной.

22. Способ по п.19, отличающийся тем, что дополнительно проводят определение положения фронта вытесняющей жидкости в пористом образце и с расчетом насыщенности пористых образцов вытесняемой и вытесняющей жидкостями.