Способ определения эффективности фильтра Советский патент 1983 года по МПК G01N15/08 

/ , %

/

ri4 i t

ts

/

Изобретение относится к гидрогеологии, в частности к исследованию эффективности фильтров в лабораторных условиях.

В современной гидрогеологической практике наиболее эффективным считают фильтр, который имеет наибольший период эксплуатации при сохранении проницаемости в собственной и профильтровой зоне. В процессе фильтрации происходит взаимное влияние фильтра и водовмещающей породы, приводящее к изменению структуры породы в прифильтровой зоне. Наиболее эффективной считается такая конструкци фильтра, которая способствует образованию в прифильтровой зоне естественного фильтра за счет формирования около отверстий фильтра микрополосте из частиц породы с диаметром, большим чем проходные отверстия фильтра. Поэтому в начальный период фильтрации при соответствии фильтра гранулометрическому .составу породы происходит рост проницаемости прифильтровой зоны до стабилизации ее величины в момент завершения формирования естественного фильтра.

Известен способ контроля технического состояния фильтра в колонне эксплуатационных труб, заключающийся в Измерении и расходе воды на устье скважины и температуры воды в фиксированной точке эксплуатационных 7руб. По одновременному уменьшению температуры и расхода судят о снижении проницаемости при)ильтро- : вой зоны и фильтра и его эффективности l .

Недостатком известного способа : является невысокая точность вследст вие неравномерного распределения температурных полей в фильтрационном приборе и высокой инерционности температурных изменений, а также необ содимость применения высокочувствитель.ной термоиэмеряющей аппаратуры вследствие незначительного перепада температур в фильтрующейся жидкости. Кроме того, способ не позволяет, судить о взаимном влиянии фильтра и породы, о .структурных изменениях в прифильтровой зоне в процессе филь трации, ,

Известен также способ определения характеристик процесса фильтрования, включающий введение в фильтрующуюся суспензию ферромагнитных частиц в количестве 0,5-25,0% и непрерывную регистрацию изменения вектора магнит ной индукции, по которому судят о перемещении частиц и структурном изменении осадка, а также о скорости фильтрации жидкости через фильтр и об эффективности фильтра 2 .

Недостатком способа является невысокая точность вследствие взаи1модействия ферромагнитных частиц с породой, приводящего к искажению

картины фильтрации и измеряемых фильтрационных характеристик

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения эффективности фильтра,, заключающийся в заполнении прифиль.тровой зоны пористой средой и измерении электропроводности системы ..пористая среда - фильтрат введении в фильтрующуюся жидкость электропроводящих веществ, например водорастворимых солей, измерении времени

изменения электропроводности фильтрующейся среды в фиксированных точках пористой среды, находящихся на сравнительно большом расстоянии друг от друга. Зная длину исследуемого участка пористой среды между фиксированными точками и время фильтрации электролита между ними, рассчитывают усредненную скорость фильтрации, по которой судят об усредненной проницаемости пористой среды на этом участке. Для оценки эффективности фильтра, т.е. дли определения изменения его пропорциональности во времени, потребуется многократное повторение описанных операций с периодичностью 5-30 мин в течение всего испытательного периода, продолжительность которого может колебаться от 2.-3 ч до нескольких месяцев З . .

Недостатком способа является большая трудоемкость вследствие многократности операции введения электропроводящих веществ, невысокая точ-i ность вследствие адсорбции, солей на частицах пористой среды. Кроме того способ не позволяетсудить о , структурных изменениях в прифильтровой зоне и взаимном влиянии фильтра и

пористой среды вследствие малой тол- щины естественного фильтра, размеры которого не Позволяют осуществить с необходимой точностью фиксацию времени фильтрации на столь малом отрезке ее пути.

Целью изобретения является уменьшение трудоемкости и повышение точнос1;и способа определения эффективности фильтра. . .

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения эффективности фильтра, заключающемуся в заполнении фильтровой зоиы пористой средой и измерении электропроводности системы пористая среда фильтрат в процессе фильтрации, пористой среде предварительно придаю электропроводность и по ее изменению в процессе фильтрации судят об эффективности фильтра,

Электропроводность пористой среде придают путем нанесения на ее частицы электропроводящего нерастворимого в фильтрующейся жидкости м теридла.

На фиг. изображена установка

для определения эффективности филы pa и начальный период фильтрации, продольный разрез; на фиг. 2 - вид на фиг. 1; на фиг. 3 - установка в фазе стабильной фильтрации при заве шении прифильтровой зоны, продольны разрез. Установка включает фильтрационны лоток 1 и устройство 2 для поддержа ния напора жидкости. Лоток состоит из двух камер (питающей 3 и грунтовой 4), разделенных сеткой 5, и сна жен герметичной крышкой 6. Питающая камера 3 имеет входной патрубок 7, а грунтовая - выходной 8. Для измер ния электросопротивления исследуемо среды лоток снабжен набором датчико 9-12, подсоединенных к источнику 13 тока и омметру 14. Устройство 2 состоит из двух сообщающихся камер подводящим воду патрубком 15 и отво дящими 16 и 17. Выходной патрубок 1 соединен гибким трубопроводом 18 с входным патрубком 7 питающей камеры 3. При осуществлении способа исследуеюлй фильтр 19 устанавливают в грунтовой камере, затем в нее заг ружают породу 20 с предварительно приданными ей электропроводящими свойствами. Устанавливают на внешне поверхности фильтра и в прифильтровой зоне датчики 9-12, подключающие к Источнику 13 тока и омметру 14. После установки крышки 6 заполняют жидкостью камеру 3 питания, создава требуемый напор фиксацией устройств 2 на заданной высоте. При незначительном диаметре фильтру в сравнени с шириной лотка 1:10 форма лот ка не влияет на формирование фильтрационного потока и прифильтровой зоны. При этом движение фильтрующейся, жидкости к фильтру идет не только со стороны питающей камеры, через весь массив пористой среды (радиально. Одновременно с фильтрацией жидкости через пористую среду (породу и фильтр) осуществляют измерение величины электросопротивления пористой среды между датчиками в течение всего периода исследования. Регистрацию сопротивления можно осуществлять непрерывно или периодически. В процессе фильтрации перемещение Частиц породы и изменение структуры прифильтровой зоны 21. В случае- соответствия конструкции фильтра грансоставу породы увеличивается пористость зоны и ее проницаемость, что характеризуется ростом электросопротивления. Чем эффективнее фильтр, тем больше и быстрее растет сопротивление дористой среды Изменение величины электросопротивления практически прекращается в момент завершения формирования естес венного фильтра. При несоответствии фильтра грансоставу породы происхо;дит кольматацйя его и прифильтровой зоны, уменьшение проницаемости, увеличение удельной поверхности прифильтровой зоны, что характеризуется | снижением электросопротивления во времени. Пример 1. Для придания электропроводящих свойств пористой среде - песку - его обезжиривают ацетоном, обрабатывают раствором клеющего вещества (10%-ным раствором хлорина), перемешивают с мелкодисперсным порошком киноуглей типа КП-90, смесь подвергают вибрации в течение 20-30 мин, при уголь равномерно покрывает поверхность частиц породы, избыток угля смывают струей воды. В фильтрационный лоток 1длиной 1100 мм, шириной Б50 мм и высотой 500 мм устанавливают фильтр 19 сетчатого типа диаметром 50 мм, высотой 450 мм с размером отверстий 2мм, загружают в лоток песок, обработанный описанным способом, с размером частиц d 4 мм к,коэффициентом фильтрации , м/с. Датчики из медной проволоки с посеребренной поверхностью размещают: датчик 9 - на внешней поверхности фильтра, а датчики 10-12 погружают в песок в ряд на расстоянии 3см друг от друга. Заполняют водой камеру 3 питания. Датчики подключают к источнику тока и омметру и регистрируют величинуэлектросопротивления с начала фильтрации воды с периодичностью 2 мин до момента его стабилизации., Начальное сопротивление на участке пористой среды между датчиками 9 и 10 составляет R 204 Ом, конечное сопротивление (при стабилизации его величины через 2,5 ч) - Eg 962 Ом, при этом коэффициент фильтра ции увеличивается почти в 4 раза и достигает К 5,. Пример 2, При аналогичном исследовании фильтра проволочного .типа с шириной щели 2 мм электросопротивление участка фильтргпорода Ыежду датчиками 9 и 10) составляет 206 Ом в начальный период, а при стабилизации показаний прибора (через 2 ч 15 мин) электросопротивление возрастает примерно в .10 раз и составляет 2214 Ом, а коэффициент возрастает в 25 раз и составляет К., 1,35 10 м/с. Относительное изменение водопроницаемости пород в профильтровой зоне К по данным измерений электрического сопротивления при работе сетчатого фильтра составляет (пример 1) R,g - R 962-204 3,7 R 204 Относительное изменение проницаемости пород в прифильтровой зоне J

При работе проволочного фильтра (пример 2J составляет

2514-206,

К «:(ь 10

206

Таким образом/ проволочная конструкция фильтра более эффективна при эксплуатации в .данной -водовмещающей породеf так как она способствует образованию более высокопроницаемого естественного фильта в прифильтровой зоне за меньший период времени..

Использование предлагаемого способа для определения эффективности фильтра позволяет по сравнению с известным, снизить трудоемкость процесса исследования за счет однократHocTVi операции введения электропроводящего вещества (вместо 5-30 раз: по известному),, получить информацию о взаимном влиянии фильтра и .породы/ в процессе фильтрации и сократить время подбора эффектизногр фильтра

(1г1римерно в 2 раза),так как.по характеру -изменения сопротивления в

начальный период фильтрации можно прогнозировать дальнейшее развитие процесса фильтрации снижение электросопротийления свидетельствует об уплотнении пород в прифильтровой зоне,, кольматации фильтра, т.е. о его непригодности. Кроме того, изобретение повышает точность исследования за счет возможности измерения электросопротивления пористой среды на узком участке прифильтровой зоны, в то время как согласно известному способу необходимость измерения времени фильтрации с достаточной точностью на относительно протяженном, участке приводит к. усредненному результату определения скорости фильтрации, не соответствующему истиной скорости на участке, непосредственно -прилегающем к фильтру, а также исключает загрязнение фильтрационных вод различными веществами.

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФИЛЬТРА, заключающийся в заполнении профильтрованной зоны пористой средой и измерении электропроводности системы пористая среда фильтрат В процессе фильтрации, отличающийся тем, что, с целью уменьшения трудоемкости и .повышения точности.определения, пористой среде предварительно придают электропроводность и по ее изменению В процессе фильтрации судят об эффективности фильтра. 2. Способ по п. 1, отличающ и и с я . тем, что электропроводность пористой среде придают путем нанесения на ее частшул электропроводя14его материала, нерастворимого (Л В фильтрующейся жидкости.