Устройство для определения реологических свойств жидкостей и фильтрационных характеристик пористых тел Советский патент 1983 года по МПК G01N11/06 

Изобретение относится к реологическим исследованиям жидкостей и ди сперсных систем и может также применяться для определения фильтрационных характеристик пористых тел при установившихся режимах фильтрации. Известно устройство для, определе ния вязкости жидкостей под давлени.ем и проницаемости кернов УИПК-1М, которое содержит чувствительный эле мент в виде капилляра или образца пористой среды, жидкостной дифманометр для измерения перепада давления на концах капилляра или образца пористой среды и спасенные винтовые прессы с электроприводом для нагнет ния и отброса исследуемой жидкостиС Недостатком этого устройства.являются большие затраты времени на измерения перепада давления для каж дого режима течения (фильтрации). Для выполнения такого измерения необходимо, чтобы мениски манометрических жидкостей в коленах дифманометра установились на разных уровнях однако при объемных расходах порядк этот процесс может длиться несколько суток. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения реологических свойств жидкостей и фильтрационных характеристик пористых тел, сконструированное на базе УИПК-1М. Это устройство содержит чувствительный элемент в виде капилляра- или образца пористой среды, прозрачную трубку с рабочей жидкостью, соединенную с чувствительным элементом через буферную и исследуемую жидкость в разделительных цилиндрах и регистратор времени переме щения мениска рабочей жидкости .f2J, Применение данного устройства сокращает время на проведение исследований, .однако такое сокргицение, приводит к снижению точности измерений. Целью изобретения является повышение точности измерений. Указанная цель достигается тем, что устройство для определения реоло гических свойств жидкостей и фильтра ционных характеристик пористых тел, содержащее чувствительный элемент в виде капилляра или образца пористой среды, прозрачную трубку с рабочей жидкостью, соединенную с чувствитель ным элементом через буферную и исследуемую жидкость в разделительных цилиндрах, и регистратор времени перемещения мениска рабочей жидкости, дополнительно содержит патрубок и шарнирное герметизированное соединение, а прозрачная трубка - несмешиваемое с рабочей жидкостью вещество, прозрачная трубка выполнена из двух колен, установленных с врзможностью вращения на основании симметрично горизонтальной оси вращения, причем патрубок соединяет концы колен прозрачной трубки, несмешиваемое с рабочей жидкостью вещество находится в каждом из колен, а шарнирное герметизированное соединение подключено к разделительным цилиндрам и коленам прозрачной трубки;, На чертеже изображена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит вращающееся основание 1, на котором установлены два колена прозра1чной трубки 2, заполненные рабочей жидкостью (например, керосином) и несмешивакяцимся с ней рабочим веществом В (например, азотом).Рабочее вещество заполняет такжеметаллический патрубок 3, соединяющий противоположные концы прозрачных трубок 2. Основание 1 вместе С прозрачными трубками 2 может быть установлено под любым углом к вертикали путем поворота (в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа) на ша рнирном герметизированном соединении 4, сообщающем чувствительный элемент устройства в виде капилляра 5 или образца пористой среды 6 через буферную жидкость Б в разделительных цилиндрах 7 с трубками 2. Байпасы 8 с вентилями 9 служат для приведения межфаэных границ раздела рабочей Р, буферной Б и исследуемой И жидкостей к одному уровню при подготовке устройст.ва к работе. Рабочая жидкость должна хорошо смачивать стенки прозрачных трубок, обладать малой вязкостью при температуре и давлении опыта, быть прозрачной. Для стеклянных трубок рабочей жидкостью может служить керосин. Буферная жидкость должна быть выбрана таким образом, чтобы она сме-. шивалась с рабочей и исследуемой, отличалась от них по плотности. В случае изучения вязкости или особенйостей фильтрации нефти буферной жидкостью может служить дистиллированная вода. При соблюдении перечисленных условий предлагаемое устройство может использоваться для изучения любых жидкостей и дисперсных систем. Устройство работает-следующим образом. Комплекс операций при работе на предлагаемом устройстве может быть условно разделен на две группы операций; подготовительные и измерительные , Подготовительные оп.ёрации. Заполнение устройства исследуемой, буферной и рабочей жидкостями и созда.ние перепада давления нужной величины на концах - капилляра 5 или образца пористой сгреды 6.

После заполнения межфа.зные поверхности раздела исследуемой,И , буферной б и рабочей Р жидкостей в разделительных цилиндрах 7 должны быть приведены к одному уровню. Для этого прозрачные трубки 2 отключаются от разделительных цилиндров 7, а вентили байпасов 8 открываются.

Начальная величина перепада дав ления устанавливается путем выбора угла наклона трубок к вертикали

.созо6 , (-()

где лР - перепсщ давления, т.е. разность давлений на входе и на выходе капилляра или образца пористой среды; р - плотность рабочей жидкости; S . ускорение свободного падения;Е - суммарная длина трубок,

заполненных рабочей жидкостью;d - угол наклона трубок к верти

кали.;

Величина d должна быть выбрана .заранее и установлена в результа- е заполнения устройства рабочей жидко стыр.;

К моменту окончания подготовитель ных операций в устройстве устанавлйвается давление, которое будем называть начальным. Вентили на байпасах закрываются, открываются вентили на концах капилляра 5 или образца порис той среды 6 (в зависимости от того, определяются ли реологические свойства жидкостей или фильтрационные характеристики пористой среды) и после этого открываются вентили на трубках 2. в результате последней операции давление на входе в капилляр или образец пористой среды возрастает по сравнению с начальным за счет столба рабочей жидкости в верхней прозрачной трубке 2. На выходе из капилляра или образца пористой среды давление уменьшается по сравнению с начальным за счет столба рабочей жидкости в нижней прозрачной трубке 2. Таким образом, создается перепад давления, под действием которого происходит течение исследуемой жидкости-через капилляр или фильтрация ее через образец пористой среды. Величина перепада давления при этом остается постоянной, так как уменьшение высоты столба рабочей жидкости в верхней трубке сопровождается увеличением высоты столба рабочей жидкости в трубке, т.е. суммарная их высота остается постоянной: l Const Следовательно, все величины в правой части выра жения (1) являются постоянными, а значит, ЛР Const. .v

После создания постоянного перепада давления нужной величины проИЗВОДИ.ТСЯ определение объемного расхода, которое сводится к измерению времени перемещения менисков рабоче жидкости в каждой из прозрачных трубок 2 на расстояние S (регистратор времени перемещения менисков на чертеже не показан)

F Q

Q. )

где Q - объемный расход исследуемой жидкости через капилляр или образец пористой среды;

F средняя площадь нормального внутреннего сечения трубок на участке S, определенная с помощью предварительной Тарировки;

1Г - время, в -течение которого мениск рабочей жидкости в трубке перемещается на расстояние S.

Изменение величины перепада давления, а следовательно, и режима течения (фильтрации) исследуемой жидкости может быть легко осуществлено путем изменения угла наклона) трубок 2 за счет поворота основания 1, на котором они установлены. Величины перепада давления могут быть сколь угодно малы, вплоть до при , что лсобенно важно для проведения реологических исследований слабоструктурированных систем типа аномальных нефтей.

В случ&е выхода одного из менисков рабочей жидкости за пределы трубки 2 мениски могут быть возвращены в первоначальное положение-путем изменения угла наклона трубок

ot ± 180°,

(3)

где dL первоначальный угол наклона

трубок к вертикали; - угол наклона трубок к вертикали, при котором направление течения (фильтрации) измеряется на противоположное при сохранении той же величины перепада давления, что и для ot .

Процесс возвращения менисков может быть ускорен путем открытия одного из байпасов.

Таким образом, путем установления различных величин перрепадов давления и измерения соответствующих им объемных расходов могут быть получены результаты для расчетов вязкости и иных реологических параметров исследуемой жидкости или дисперсной системы, а также для расчетов фильтрационных характеристик .пористых тел. Величина перепада давления может быть задана путем установления угла наклонных трубок к вертикали, а время, необходимое для определения объ

емного расхода, зависит от величины внутреннего сечения трубок и может быть изменено путем подбора трубок нужного диаметра.

Технико-экономический эффект от использования изобретения заключается в повышении точности измерений без снижения скорости проведения эксперимента за1ссчет введения в устройство для измерения реологических

свойств жидкости и фильтрационных характеристик пористых тел патрубка и шарнирного герметизированного соединения , а в прозрачную трубку данг ного устройства - несмешиваемого с рабочей жидкостью вещества - и выполнении самой трубки из двух колен установленных с возможностью враицения на основании симметрично горизонтальной оси вращения.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖИДКОСТЕЙ И ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОРКСг ТЫХ ТЕЛ, содержащее чувствительный элемент в виде капилляра или образца пористой среды, прозрачную трубку с рабочей жидкостью, соединенную с чувствительным элементом через буферную и исследуемую жидкость в разделительных цилиндрах, и регистратор времени перемещения мениска рабочей жидкости, отличающее ся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно дополнительно содержит патрубок и шарнирное гер. метизированное соединение, а прозрачная трубка - несмешиваемое с рабочей жидкостью вещество, прозрачная трубка выполнена из двух колен, установленных с возможностью вращения на оснований симметрично горизонтальной оси вращения, причем патрубок соединяет противоположные концы колен прозрачной трубки, несмешиi ваемое с рабочей жидкостью вещество (Л находится в каждом из колен, а шарнирное герметизированное соединение подключено к разделительным цилиндрам и коленам прозрачной трубки. 4 СО