Устройство для определения фильтрационных свойств горных пород Советский патент 1988 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к устройствам для исследования физических свойств пористых теп, а именно к ис- . следованию фильтра1дионных свойств горных пород в условиях повьшенных давлений, и может быть использовано в гидрогеологии, горной и нефтегазодобывающей промышленности.

Целью изобретения является повы |g шёние точности определения фильтра- ционньк свойств горных пород,

На чертеже показано взаимное расположение элементов устройства для определе1шя фильтрационных свойств 5 горных пор од, рабочий режим.

Устройство COCTOPJT из корпуса камеры 1 в виде полого металлического цилиндра 5 во внутреннюю полость которого ввинчена металлическая вставка 220 в сборе с кернодержателем 3, в котором в эластичной манжете 4 заключен образец 5 горной породы. Для создания герметичности вставки 2 использованы уплотнительные кольца из брон- 25 зы 6j из фторопласта 7, а также из нержавеющей стали 8 Вставка 2 вы-- полнена с подводящим 9 и отводящим 10 флюид каналами, в которые установлены штуцеры 11, 12, Кернодержатель 3 кре-30 пится к вставке 2, например, при помо-- щи болтов, .-В,,боковой части корпуса 1 имеется канал 13 для подачи обжимающей жидкости во внутреннюю рабочую полость 14 камеры 1 и канал 15 для от-, j3,9ft,. газа из внутренней полости 14 ка.е,р,Ь1-,1 по мере заполнения ее обжимающей жидкостью. Каналы 13 и 15 выполнены с резьбами в наружной части, В канал 13 установлен штуцер 16, а в Q ,15 запорный вентиль 17. В нижнюю часть корпуса 1 ввинчен полый силовой цилиндр 18 с внутренним переменным диаметром в сборе с плунжером 19 переменного-диаметра, выполненного 45 соразмерно с внутренними диаметраг-ш полого силового цилиндра 18. Для герметичности полого силового цилиндра 18 в корпусе камеры 1 установлены уплотнительные кольца 20, В боковой стенке полого силового цилиндра 18 горизонтально расположен канал 21 с резьбой в наружной части, в которой установлен штуцер 22 для подключения к системе гидрообжима, создающей осевое давление на плунжер 19. Соосно с плунжером 19 к силовому цилиндру 18 при помощи держателя, состоящего из кор пуса держателя 23, муфты 24, пришли

50

55

g

5

0 5 0 ,Q 5 0

5

ного винта 25, крепится неподвижная часть 26 индикатора 27 линейных перемещений. Подвижная часть индикатора 28 линейньк перемещений касается нижнего торца плунжера 19. Для уплотнения держателя 23 использованы уплотнительные кольца 29. Устройство крепится на станине 30.

Устройство работает следующим образом.

При подсоединении устройства к системе гидрообжима для создания осевого (РО,., ) и бокового (PSOK ) давлений, которые могут быть неравные между собой, использованы -раздельные источники давления, например, в виде компрессораJ гидравлического пресса, насоса н т.д. Через канал 13 со штуцером 16 и канал 21 со штуцером 22 создаются равномерно пропорциональные давления Р и , а через штуцеры 11 и 12 с подводящим 9 и отводящим 10 флюид каналами осуществляется фильт- рабочего агента через исследуемый образец 5 горной породы.

Создаваемые напряжения на образец горной породы Рр;- и Pgpn вызывают деформа;и 1Ю исследуемого образца.

При подсоединении устройства к системе гидрообжима для создания осевого давлегшя Pg во внутреннюю полость металлического полого силового цилиндра 18 через штуцер 22 и канал 21 подается рабочий агент. Полый сило вой цилиндр 18 выполнен с внутренним переменным диаметром, что позволяет соразмерно, разместить в нем плунжер 19 переменного диаметра, вьшолненный ступенчато с большим диаметром в верхней части и меньш1м диаметром в нижней части. Нижняя часть плунжера 19 меньшего диаметра позволяет через осевое отверстие с резьбой в наружной части и установленный в него дер-- жатель 23 в нижней части полого силового цилиндра 18 СООСНО подсоединить подвижную часть 28 индикатора 27 линейных перемещений, служащего для измерения осевых линейных деформаций , исследуемого образца 5. Для герметичности полого силового цилиндра 18 в корпусе камеры 1 установлены уплот-- нительные кольца.

Металлический держатель, состоящий из корпуса держателя 23, муфты 24 и прижимного винта 25, надежно удерживает неподвижную часть 26 индикатора линейных перемещений так, что подвижная часть 28 индикатора 27 линейных перемещений касается торца нижней части плунжера 19 переменного диаметра. Для уплотнения держателя 23 в корпусе полого силового цилиндра 18 использованы уплотнит ел ьные кольца 29.

Рабочий агент под давление попадает под верхнюю часть плунжера 19

большего диаметра и толкает его вверх ,1о о внутреннюю полость 14 камеры -1

15

прижимая образец 5 к неподвижной вставке 2. Под действием напряжения Ppg образец испытывает линейную осевую деформацию л1, о которой свидетельствует движение плунжера 19. Подвижная часть 28 индикатора 27 следует за движением плунжера 19, и отклонение стрелки на индикаторе 27 показывает величину линейных деформаций л1, которая используется для 20 расчета козффициента проницаемости . (Kj,-) образца горной породы 5. Расположение канала 21 в боковой стенке полого силового идлиндра 18 дает возможность разместить в осевом отверс- 25 тии нижней части полого силового цилиндра 18 держатель 23 в сборе с индикатором 27 линейных перемещений, расположенных соосно с плунжером переменного диаметра 19, что повышает точность измерения величины осевых линейных деформаций, а следовательно, и коэффициента проницаемости, улучшает герметичность и надежность устройства, так как благодаря применению индикатора линейных перемещений можно четко установить процесс перехода от упругих деформаций к хрупким и пластическим в зависимости от вида и структуры пород.

При создании бокового давления

высокого давления вытесняемый воздух через канал 15, зазор между стенками гнезда и запорного вентиля 17 и Г-об- разный канал внутри запорного вентиля 17 выходит наружу. Появление в наружном канале 15 обжимающей жидкости свидетельствует о полном заполнении внутренней полости 14 камеры 1 высокого давления и отсутствии газового пузыря, после чего запорный вентиль 1 завинчивается до упора, герметично закрывая выход из внутренней полости 14 камеры 1 высокого давления . Это позволяет создать равномерное боковое

сжатие Р,

БОК

образца, что повышает точ

30

35

ность определения поперечной радиальной деформации образца лг.

Поперечная радиальная деформация дг образца прямо пропорциональна изменению объема AV образца при действии на него давления бокового сжатия бок Причем iV образца равно количеству обжимающей жидкости, фиксируемой на шкале гидропресса, поступившей во внутреннюю полость 14 камеры 1 высокого давления для сжатия

образца 5 от начального значения Pg до заданного. Завершение деформации устанавливается по прекращению дви40 жения стрелки индикатора 27 линейных перемещений.

Pg. на образец обжимающая жидкость через штуцер 16, затем канал 13 поступает во внутреннюю полость 14 металлической полой однослойной камеры 1 высокого давления. Давление обжимающей жидкости передается через кернодержатель 3 в эластичную манжету 4 и затем на боковую поверхность образца 5 горной породы.

Причем газовый пузырь, образованный по мере заполнения обжимающей жидкостью внутренней полости 14 каме- рь1 1 высокого давления, выводится на. ружу через канал 15 с запорным вентилем 17, расположенный горизонтально в корпусе камеры 1 высокого давления на уровне стьжа металлической вставки 2 с внутренней полостью 14 камеры 1 высокого давления. При этом запорный вентиль 17 используется как устройство для пропускания или запирания потока жидкости или газа. Если запорный вентиль ввинчивается не до упора, выход из канала 15 открыт наружу.

По мере подъема обжимающей жидкос

высокого давления вытесняемый воздух через канал 15, зазор между стенками гнезда и запорного вентиля 17 и Г-об- разный канал внутри запорного вентиля 17 выходит наружу. Появление в наружном канале 15 обжимающей жидкости свидетельствует о полном заполнении внутренней полости 14 камеры 1 высокого давления и отсутствии газового пузыря, после чего запорный вентиль 17 завинчивается до упора, герметично закрывая выход из внутренней полости 14 камеры 1 высокого давления . Это позволяет создать равномерное боковое

сжатие Р,

БОК

образца, что повышает точ

ность определения поперечной радиальной деформации образца лг.

Поперечная радиальная деформация дг образца прямо пропорциональна изменению объема AV образца при действии на него давления бокового сжатия бок Причем iV образца равно количеству обжимающей жидкости, фиксируемой на шкале гидропресса, поступившей во внутреннюю полость 14 камеры 1 высокого давления для сжатия

образца 5 от начального значения Pg до заданного. Завершение деформации устанавливается по прекращению движения стрелки индикатора 27 линейных перемещений.

Полученные значения дг и л 1 используются для определения коэффици- ента проницаемости К„р, обусловлейного наличием деформации исследуемого образца.

Через штуцеры 11 и 12 и каналы 9 и 10 в металлической вставке 2, которая ввинчивается во внутреннюю полость корпуса камеры 1 высокого давления, устройство подсоединяют к гидравлической схеме установки, т.е. осуществляется фильтрация рабочего агента через исследуемый образец горной породы. Вставка присоединяется к кер- нодержателю 3 с образцом 5 породы в эластичной манжете 4, например, при помоши болтов. Для создания герметич-, ности вставки 2 использованы уплотни

тельные кольца из бронзы 6 и из нержавеющей, стали 8.

Фильтрующийся агент под давлением через штуцер 11, подводящий флюид канал 9, кернодержатель 3 равномерно распределяется по всей поверхности торца образца горной породы 5. Затем создается перепад давлений и осуществляется фильтрация рабочего агента через испытуемый образец горной породы. Профильтровавшийся через образец рабочий агент через отводящий флюид канал 10 со штуцером 12 поступает в измерительное устройство, например в расходомер.

Фильтрация через образец может осуществляться как в стационарном (при постоянном перепаде давлений), так и в нестационарном (при перемен- ном перепаде давлений) режимах фильтрации.

Количество профильтровавшегося через образец рабочего агента также, как перепад давлений, используются для определения коэффициента пЬони- цаемости исследуемого горной породы в условиях действия на обрааец давлений гидрообжима

РОН

Предложенное устройство позволяет

прогнозировать фильтрационные свойства горных пород на глубинах, еще не достигнутых бурением, что повышает геологическую информативность, а следовательно, дает возможность сокра- тить объемы глубокого бурения.

Формула изобретения

Устройство для определения фильтрационных свойств горных пород, содержащее закрепленный на станине корпус камеры высокого давления в виде полого металлического цилиндра с бо- KOBiaHM каналом и штуцером, металлическую вставку с двумя каналами со штуцерами, кернодержатель с образцом

с

0

5

0

0

5

породы в эластичной манжете, плунжер, полый .силовой цилиндр с каналом и штуцером, уплотнительные кольца, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения фильтрационных свойств горных пород, оно дополнительно снабжено индикатором линейных перемещений с держателем, вьшолненным в виде корпуса держателя, муфты и прижимного винта, дополнительно введен второй боковой канал, расположенный горизо нтально в корпусе камерывысокого давления на уровне стыка металлической вставки с внутренней полостью камеры высокого давления, и запорный вентиль переменного диаметра, расположенный на внешней стороне боковой стенки корпуса камеды высокого давления, наружная поверхность которого оканчивается головкой со ст.ороны большего диаметра и глухой гладкой вьшуклой поверхностью со стороны меньшего диаметра, внутренняя же поверхность образует Г-образ- ный канал, состоящий из двух взаимно перпендикулярных каналов: несквозного осевого, расположенного в части запорного вентиля большего диаметра, и бокового, расположенного в части .запорного вентиля меньшего диаметра, при этом запорный вентиль установлен в гнездо с резьбой, диаметр которого равен большему диаметру запорного вентиля, и сообщается с вторым.боковым каналом, плунжер выполнен ступенчато с большим диаметром в верхней части и меньшим диаметром в нижней части, полый силовой цилиндр выполнен с внутренним переменным диаметром соразмерно с переменным диаметром плунжера и соединен с нижней частью корпуса камеры высокого давления, канал со штуцером расположен горизонтально в боковой стенке полого силового цилиндра под верхней частью плунжера переменного диаметра, соосно соединенного с индикатором линейных перемещений.

/7

j Д

22

27

Изобретение относится к технике исследования физических свойств пористых тел, а именно к исследованию фильтрационных свойств горных пород в условиях повышенных давлений, и может быть использовано в гидрогеологии, горной и нефтегазодобывающей промышленности. Цель изобретения - повышение точности определения фильтрационных свойств горных пород. Корпус камеры, в который ввинчивается вставка в сборе с кернодержателем, имеет в боков:ой части два канала, один из которых предназначен для подвода обжимающей жидкости. Второй боковой канал с запорным вентилем переменного диаметра выполнен горизонтально в боковой стенке корпуса камеры высокого давления. Использован по- льш силовой цилиндр с внутренним ременным диаметром, что пазволяет соразмерно разместить в нем плунжер переменного диаметра. При этом канал со штуцером для создания осевого сжатия образца для подсоединения к схеме гидрообжима расположен горизонтально в боковой стенке полого силового цилиндра. Использование плунжера переменного диаметра позволяет через осевое отверстие в нижней части полого силового цилиндра соосно подсоединить к нему индикатор линейных перемещений. Использование второго вого канала с запорным вентилем переменного диаметра для отвода газа из .внутренней полости камеры высокого давления и индикатора линейных перемещений повьш1ает точность определения фильтрационных свойств горных пород. .1 ил. Ш сл 4 о CD 00 CD 4ib