Устройство для определения фазовых проницаемостей Российский патент 2023 года по МПК G01N15/08 

Устройство относится к области исследования фазовых проницаемостей коллекторов нефти и газа и может применяться при решении большого числа геопромысловых задач, в том числе для разработки технологий увеличения нефтеотдачи пластов.

Известны устройства для определения фазовых проницаемостей в пластовых условиях (Инструкция по эксплуатации автоматизированного программно-измерительного комплекса для петрофизического исследования кернов ПИК-ОФП/ЭП-3. - Новосибирск: ЗАО «Геологика», 2008. - 33 с.; патент RU 108105, МПК Е21 В 47/00, G01N 15/08, опубл. 10.09.2011, бюл. №25), содержащие плунжерные насосы для подачи в исследуемый образец нефти и воды при пластовом давлении, кернодержатель с установленным в нем в резиновой манжете исследуемым образцом, насос для создания горного давления, трубопроводы для подачи и отвода рабочих жидкостей с вентилями, контейнеры с рабочими жидкостями, регулятор противодавления, мерную колбу для измерения уровня жидкости на выходе из кернодержателя, термостат, обеспечивающий поддержание постоянной температуры в исследуемом образце, дифференциальный манометр для измерения перепада давления на исследуемом образце. Указанные устройства позволяют определять фазовую проницаемость исследуемого образца при фильтрации через него двухфазных смесей.

Недостатком описанных устройств является невозможность определения фазовых проницаемостей при трехфазной фильтрации нефти, воды и газа.

Известно устройство для определения фазовых проницаемостей (патент RU 2660772, МПК Е21С 39/00, опубл. 10.07.2018, бюл. №19), содержащее кернодержатель с установленным в нем исследуемым образцом, термостат, обеспечивающий поддержание постоянной температуры в образце, рециркуляционные насосы, обеспечивающие подачу в образец рабочих флюидов в режиме постоянного заданного расхода, систему обжима для создания пластового давления на образце, трубопроводную систему для подачи и отвода рабочих флюидов, оборудованную запорной арматурой, дифференциальный манометр с датчиками давления для определения перепада давления на образце и измерительный сепаратор. Указанное устройство позволяет осуществлять двухфазную фильтрацию флюидов через образец горной породы.

Недостатком данного устройства является невозможность трехфазной фильтрации нефти, воды и газа.

Известно устройство для определения фазовых проницаемостей (патент RU 166252, МПК G01N 15/08, опубл. 20.11.2016, бюл. №32), принимаемое за прототип, которое содержит кернодержатель с установленным в нем в резиновой манжете исследуемым образцом, термостат, обеспечивающий поддержание постоянной температуры в исследуемом образце, насос для создания горного давления, плунжерные насосы и баллон с газом, обеспечивающие подачу на вход кернодержателя воды, нефти и газа, трубопроводы для подачи и отвода рабочих фаз с вентилями, датчики давления, дифференциальный манометр для измерения перепада давления на исследуемом образце, контейнеры с рабочими жидкостями, регулятор противодавления и мерную колбу для измерения уровня жидкости на выходе из кернодержателя. Указанное устройство позволяет осуществлять трехфазную фильтрацию через образец горной породы.

Недостатком данного устройства является неравномерное поступление газа во входную магистраль при совместной прокачке газа и жидкостей, а также ограничения по давлению газа, обусловленное текущим значением давления газа в баллоне. При подаче газа вначале происходит его сжатие, при этом газ не сразу поступает во входную магистраль, так как давление в жидкостных магистралях нарастает быстрее и препятствует поступлению газа. При достижении давления в газовой магистрали выше рабочего давления на входе, газ может препятствовать поступлению жидких фаз по входную магистраль.

Задачей предлагаемого устройства является обеспечение точного заданного соотношения рабочих фаз, поступающих в исследуемый образец горной породы.

Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение точности измерения относительной фазовой проницаемости в процессе проведения фильтрационных экспериментов и расширение области исследования в диапазоне рабочего давления.

Указанный технический результат достигается тем, что согласно известному устройству, включающему кернодержатель с установленным в нем исследуемым образцом, термостат, обеспечивающий поддержание постоянной температуры в исследуемом образце, плунжерные насосы для подачи в исследуемый образец рабочих флюидов при пластовом давлении, насос для создания давления обжима, трубопроводы для подачи и отвода рабочих флюидов с вентилями, регулятор противодавления, контейнеры с рабочими жидкостями, мерную колбу для измерения уровня жидкости на выходе из кернодержателя, датчики давления, дифференциальный манометр для измерения перепада давления на исследуемом образце и газовый баллон, предлагаемое устройство содержит промежуточную емкость для газа с поршнем, соединенную с трубопроводом для подачи рабочих флюидов для подачи воды от плунжерного насоса и с трубопроводом для подачи газа, и обратный клапан, установленный между трубопроводом для подачи газа и соединением трубопроводов для подачи рабочих флюидов от плунжерных насосов.

На чертеже изображена гидравлическая схема предлагаемого устройства, поясняющая сущность заявленного технического решения.

Устройство для определения фазовых проницаемостей включает кернодержатель 1 с установленным в нем исследуемым образцом горной породы, термостат 2, обеспечивающий поддержание постоянной температуры в исследуемом образце, плунжерные насосы 3-5 для подачи в исследуемый образец рабочих флюидов (воды и нефти) при пластовом давлении, насос для создания давления обжима 6, газовый баллон 7, трубопроводы для подачи рабочих флюидов 8 с вентилями 13, 14, трубопровод для подачи газа 9 с вентилями 15, 16, трубопровод для подачи трехфазной смеси 10 на вход кернодержателя 1, трубопровод для отвода рабочих флюидов 11 с вентилем 18, трубопровод для отвода рабочих флюидов 12 с вентилем 17, контейнеры с рабочими жидкостями 19, регулятор противодавления 20, мерную колбу 21 для измерения уровня жидкости на выходе из кернодержателя, датчики давления 22 - 25, дифференциальный манометр 26 для измерения перепада давления на исследуемом образце, обратный клапан 27 и промежуточную емкость 28 для газа с поршнем 29.

Промежуточная емкость 28 для газа с поршнем 29 соединена с одной стороны с трубопроводом для подачи рабочих флюидов 8 для подачи воды от плунжерного насоса 5, а с другой стороны с трубопроводом для подачи газа 9. Обратный клапан 27 установлен между трубопроводом для подачи газа 9 и соединением трубопроводов для подачи рабочих флюидов 8 от плунжерных насосов 3 - 4, а именно: для подачи воды от плунжерного насоса 3 и нефти от плунжерного насоса 4. Трубопровод для подачи трехфазной смеси 10 соединен с одной стороны с трубопроводом для подачи газа 9 и с соединением трубопроводов для подачи рабочих флюидов 8 (от плунжерных насосов 3 и 4), а с другой - с кернодержателем 1, и предназначен для подачи трехфазной смеси (вода, нефть и газ) в кернодержатель 1.

Плунжерные насосы 3-5, газовый баллон 7, промежуточная емкость для газа 28 с поршнем 29, трубопроводы для подачи рабочих флюидов 8 с вентилями 13, 14 и с контейнерами с рабочими жидкостями 19, трубопровод для подачи трехфазной смеси 10, трубопровод для подачи газа 9 с вентилями 15, 16, датчики давления 23, 24 и обратный клапан 27 образуют входную линию.

Трубопровод для отвода рабочих флюидов 11 с вентилем 18, регулятором противодавления 20, мерной колбой 21 и датчиком давления 25 образуют выходную линию.

Насос для создания давления обжима 6, трубопровод для подачи рабочих флюидов 8 с вентилем 14, датчик давления 22, трубопровод для отвода рабочих флюидов 12 с вентилем 17 и с контейнером с рабочей жидкостью 19 образуют линию обжима.

Трубопроводы для подачи рабочих флюидов 8, трубопровод для подачи газа 9, трубопровод для подачи трехфазной смеси 10, трубопровод для отвода рабочих флюидов 11, 12 соединены с кернодержателем 1, плунжерными насосами 3-5, насосом для создания давления обжима 6, газовым баллоном 7, промежуточной емкостью 28, вентилями 13-18, контейнерами с рабочей жидкостью 19, обратным клапаном 27, датчиками давления 22-25, регулятором противодавления 20, мерной колбой 21 и между собой с помощью резьбовых соединений (свинчиванием). Дифференциальный манометр 26 соединен с кернодержателем 1 посредством измерительных трубок также с помощью резьбовых соединений, выполненных на концах трубок и в корпусах кернодержателя 1 и дифференциального манометра 26. Термостат 2 выполнен как кожух кернодержателя 1. Таким образом соединение всех компонентов устройства обеспечивает конструктивное единство и реализацию общего функционального назначения.

Внутренний объем промежуточной емкости 28 не менее чем в 4 раза больше объема цилиндра плунжерного насоса 5.

Рабочей жидкостью для плунжерных насосов 3 и 5 является вода, для плунжерного насоса 4 - нефть. Газовый баллон 7 заправлен азотом или гелием.

Устройство для определения фазовых проницаемостей работает следующим образом.

Устанавливают давление обжима в кернодержателе 1 путем подачи масла насосом для создания давления обжима 6. При этом вентиль 14 на трубопроводе для подачи рабочих флюидов 8 открыт, а вентиль 17 на трубопроводе для отвода рабочих флюидов 12 закрыт.Давление обжима контролируют с помощью датчика давления 22. При достижении заданного значения давления обжима вентиль 14 закрывают.

Производят забор рабочих жидкостей (воды и нефти) в плунжерные насосы 3-5 из контейнеров с рабочими жидкостями 19 по трубопроводам для подачи рабочих флюидов 8. При этом вентили 13 на трубопроводах для подачи рабочих флюидов 8, соединяющих контейнеры с рабочими жидкостями 19 с плунжерными насосами 3-5 открыты, а вентили 14 на трубопроводах для подачи рабочих флюидов 8 от плунжерных насосов 3-5 закрыты.

Одновременно производят заполнение промежуточной емкости 28 газом из газового баллона 7. При этом вентиль 15 на трубопроводе для подачи газа 9, соединяющем газовый баллон 7 и промежуточную емкость 28 открыт, а вентиль 16 на трубопроводе для подачи газа 9, соединяющем промежуточную емкость 28 с обратным клапаном 27 - закрыт.

Производят поднятие давления газа в промежуточной емкости 28 до необходимого рабочего значения давления, для чего рабочая жидкость (вода) плунжерным насосом 5 подается в промежуточную емкость 28, перемещая поршень 29 и сжимая газ. При этом вентиль 14 на трубопроводе для подачи рабочих флюидов 8, соединяющий плунжерный насос 5 с промежуточной емкостью 28 открыт, а вентиль 13 на трубопроводе для подачи рабочих флюидов 8, соединяющий плунжерный насос 5 с контейнером с рабочими жидкостями 19, вентиль 15, соединяющий промежуточную емкость 28 с газовым баллоном 7 и вентиль 16 на трубопроводе для подачи газа 9 - закрыты.

В случае если хода поршня плунжерного насоса 5 окажется недостаточно для поднятия давления в промежуточной емкости 28 до необходимого значения рабочего давления, производят повторный забор рабочей жидкости в плунжерный насос 5 из контейнера с рабочими жидкостями 19 при соответствующем положении вентилей (см. выше). Далее осуществляют поднятие давления газа в промежуточной емкости 28 до необходимого значения рабочего давления (также при соответствующем положении вентилей, см. выше). Так как внутренний объем промежуточной емкости 28 не менее чем в 4 раза больше объема цилиндра плунжерного насоса, то повторный забор рабочей жидкости в плунжерный насос 5 может производиться неоднократно с последующим поднятием давления газа в промежуточной емкости 28 до необходимого значения рабочего давления.

Значение давления в промежуточной емкости 28 контролируют с помощью датчика давления 23.

Рабочие жидкости плунжерными насосами 3 и 4 по трубопроводам для подачи рабочих флюидов 8 подают в трубопровод для подачи трехфазной смеси 10 и далее - на вход кернодержателя 1. При этом вентили 13 на трубопроводах для подачи рабочих флюидов 8, соединяющих контейнеры с рабочими жидкостями 19 с плунжерными насосами 3 и 4 -закрыты, а вентили 14, соединяющие насосы 3 и 4 с трубопроводами для подачи рабочих флюидов 8 - открыты.

С помощью регулятора противодавления 20 в порах исследуемого образца горной породы, размещенного в кернодержателе 1, устанавливают необходимое рабочее давление, контролируемое с помощью датчика давления 25.

Осуществляют подачу газа из промежуточной емкости 28 в трубопровод для подачи газа 9. Для этого рабочую жидкость (воду) плунжерным насосом 5 подают в промежуточную емкость 28, перемещая поршень 29. При этом вентиль 14 на трубопроводе для подачи рабочих флюидов 8, соединяющий промежуточную емкость 28 с плунжерным насосом 5, и вентиль 16 на трубопроводе для подачи газа 9, соединяющий промежуточную емкость 28 с обратным клапаном 27 - открыты, а вентиль 13 на трубопроводе для подачи рабочих флюидов 8, соединяющий контейнер с рабочей жидкостью 19 с плунжерным насосом 5, и вентиль 15 на трубопроводе для подачи газа 9, соединяющий промежуточную емкость 28 с газовым баллоном 7- закрыты.

Расход газа из промежуточной емкости 28 соответствует заданному расходу рабочей жидкости плунжерного насоса 5.

Газ поступает из промежуточной емкости 28 по трубопроводу для подачи газа 9 в трубопровод для подачи трехфазной смеси 10 через обратный клапан 27.

Обратный клапан 27 препятствует поступлению рабочих жидкостей в трубопровод для подачи газа 9 из трубопровода для подачи рабочих флюидов 10.

Путем смешивания поступающих в трубопровод для подачи трехфазной смеси 10 компонентов на входе в кернодержатель 1 образуется трехфазная смесь из воды, нефти и газа.

Трехфазная смесь из воды, нефти и газа по трубопроводу для подачи трехфазной смеси 10 поступает в кернодержатель 1, проходит через исследуемый образец горной породы и по трубопроводу для отвода рабочих флюидов 11 через регулятор противодавления 20 поступает в мерную колбу 21 для измерения уровня жидкости.

Определение фазовой проницаемости включает в себя ряд режимов, при проведении которых нефть, вода и газ подаются в образец в различных соотношениях. Фильтрацию при каждом соотношении осуществляют до установления стационарного режима, определяемого по равенству закачиваемых и вытекающих объемов жидкостей, стабильности перепада давления и неизменности электрического сопротивления. Число режимов не менее 5.

Соотношение фаз (вода, нефть, газ), задаваемое объемной скоростью плунжерных насосов, при переходе к очередному режиму меняется, при этом суммарный расход фаз остается постоянным.

По измеренным соотношениям перепада давления для каждого режима рассчитываются фазовые проницаемости по уравнению Дарси

где i - режим (расход по воде, нефти и газу);

j - фаза (вода, нефть, газ);

Q - расход флюида, мл/с;

μ - вязкость флюида, мПа⋅с;

L - длина образца, м;

Δр - разность давлений на образце (дифференциальное давление), кПа;

F - площадь поперечного сечения образца, м².

При фильтрации через образец горной породы одновременно нескольких фаз (нефть, вода, газ) проницаемость для каждой фазы будет зависеть от степени насыщенности исследуемого образца другими фазами, т.е. проницаемость каждой фазы будет определяться соотношением компонентов смеси. Соответственно точность измерения проницаемости для каждой фазы будет определяться тем, насколько точно выдерживаются в образце заданные соотношения фаз. Использование плунжерного насоса 3 и промежуточной емкости 28 позволяет обеспечить подачу газа с заданными объемным расходом и рабочим давлением, что обеспечивает стабильность соотношения всех фаз на каждом режиме.

Условия испытания должны обеспечивать сохранение или воспроизведение естественных физико-химических характеристик системы порода - пластовые флюиды, поддержание в процессе эксперимента значений температуры и давления, соответствующих пластовым. Скорость совместного течения флюидов во время испытания выбирают, исходя из значений промысловых скоростей перемещения фронта вытеснения.

Использование предложенного устройства позволит осуществлять равномерную подачу всех фаз в заданных соотношениях, обеспечивая большую стабильность потока и повышение точности определения фазовых проницаемостей при трехфазной фильтрации нефти, воды и газа.

Устройство относится к области исследования фазовых проницаемостей коллекторов нефти и газа и может применяться при решении большого числа геопромысловых задач, в том числе для разработки технологий увеличения нефтеотдачи пластов. Устройство содержит кернодержатель с установленным в нем исследуемым образцом, термостат, обеспечивающий поддержание постоянной температуры в исследуемом образце, плунжерные насосы для подачи в исследуемый образец рабочих флюидов при пластовом давлении, насос для создания давления обжима, трубопроводы для подачи и отвода рабочих флюидов с вентилями, регулятор противодавления, контейнеры с рабочими жидкостями, мерную колбу для измерения уровня жидкости на выходе из кернодержателя, датчики давления, дифференциальный манометр для измерения перепада давления на исследуемом образце и газовый баллон, промежуточную емкость для газа с поршнем, соединенную с трубопроводом для подачи рабочих флюидов для подачи воды от плунжерного насоса и с трубопроводом для подачи газа, обратный клапан, установленный между трубопроводом для подачи газа и соединением трубопроводов для подачи рабочих флюидов от плунжерных насосов. Устройство позволяет осуществлять равномерную подачу всех фаз в заданных соотношениях, обеспечивая большую стабильность потока и повышение точности определения фазовых проницаемостей при трехфазной фильтрации нефти, воды и газа. Технический результат - повышение точности измерения относительной фазовой проницаемости в процессе проведения фильтрационных экспериментов и расширение области исследования в диапазоне рабочего давления. 1 ил.

Устройство для определения фазовых проницаемостей, содержащее кернодержатель с установленным в нем исследуемым образцом, термостат, обеспечивающий поддержание постоянной температуры в исследуемом образце, плунжерные насосы для подачи в исследуемый образец рабочих флюидов при пластовом давлении, насос для создания давления обжима, трубопроводы для подачи и отвода рабочих флюидов с вентилями, регулятор противодавления, контейнеры с рабочими жидкостями, мерную колбу для измерения уровня жидкости на выходе из кернодержателя, датчики давления, дифференциальный манометр для измерения перепада давления на исследуемом образце и газовый баллон, отличающееся тем, что дополнительно содержит промежуточную емкость для газа с поршнем, соединенную с трубопроводом для подачи рабочих флюидов для подачи воды от плунжерного насоса и с трубопроводом для подачи газа, и обратный клапан, установленный между трубопроводом для подачи газа и соединением трубопроводов для подачи рабочих флюидов от плунжерных насосов.