Способ определения относительных фазовых проницаемостей пористой среды Советский патент 1991 года по МПК G01N15/08 

XI ON

Изобретение относится к инженерно-геологическим исследованиям и м.б. использовано в различных технологических процессах, в которых участвуют пористые среды (ПС) и жидкости с различными физическими свойствами. Цель - повышение эффективности определения проницаемостей путем увеличения объема и достоверности получаемой информации о гидродинамических параметрах изучаемой среды за счет обеспечения учета влияния на эти параметры трехмерного характера и неоднородности структуры порового пространства. Первоначально определяют среднюю длину межпорового расстояния в исследуемой ПС. Одновременно с измерением величины капиллярного давления между фильтрующими фазами с различными физическими свойствами при каждом значении насыщенности среды смачивающей жидкостью измеряют электропроводность исследуемого объема данной ПС также при каждом значении насыщенности ПС смачивающей жидкостью. Значения относительных фазовых проницаемостей устанавливают по полученным зависимостям капиллярного давления и электропроводности исследуемого объема ПС от его насыщенности смачивающей жидкостью и величине средней длины межпоро- вого расстояния в исследуемой ПС. Относительные фазовые проницаемости устанавливают путем расчета по заданной Q формуле, 1 з.п.ф-лы, 6 ил.чф 01

Изобретение относится к инженерно- геологическим, гидрогеологическим и геофизическим исследованиям и может быть использовано для обоснования проектов разработки месторождений руд металлов методом подземного выщелачивания, месторождений нефти и газа методом площадного вытеснения, строительства различных сооружений, дорог и мелиоративных систем, а также в различных технологических

процессах, в которых участвуют пористые среды и жидкости с различными физическими свойствами.

Цель изобретения - повышение эффективности определения фазовых проницаемостей пористых сред путем увеличения объема и достоверности получаемой информации о гидродинамических параметрах изучаемой среды за счет обеспечения учета влияния на эти параметры трехмерного характера и неоднородности структуры поро- вого пространства.

Представление о структуре перового пространства как о трехмерной пространственной сетке капилляров обусловливает оп- ределение периода этой сетки, т.е. среднюю длину межпорового расстояния d. Если в одномерной модели длина поровых каналов предполагается бесконечной, то для определения характера движения и распределения фаз в решетке пересекающихся капилляров требуется.знать ее период d. Определение величины d должно быть проведено до начала измерения зависимостей капиллярного давления от насыщенности среды PK(S) и электропроводности от насыщенности среды a(s), чтобы последующие воздействия на пористую среду (например, нагнетание ртути) не внесло изменения в геометрические параметры невозмущенной пористой среды. Проведение одновременно с измерением капиллярного давления измерения электропроводности позволяет получить информацию не только о подсистеме пор-узлов, которую характеризует PK(S), но и о подсистеме пор-связей.

Изменение капиллярного давления с изменением насыщенности любой из фаз отражает процесс перераспределения фаз в поровом пространстве. При этом изменение насыщенности будет отражать изменение количества крупных узлов, заполненных данной фазой. Об изменении количества поровых каналов, заполненных этой фазой, по изменению Рк(5) судить нельзя.

В то же время о количестве таких капилляров, заполненных данной фазой и участвующих в образовании для нее проводящих каналов, можно судить по электропроводности исследуемой среды при известной насыщенности.

Как электропроводность, так и гидро- проводность любой цепочки капилляров, заполненных жидкостью, определяется прежде всего наиболее тонкими капиллярами. Поэтому изменение электропроводности среды с изменением насыщенности означает, что часть капилляров с наименьшими радиусами, которые ранее содержали электропроводную жидкость, теперь ее не содержат. Таким образом, по изменению электропроводности можно следить за тем, капилляры какого радиуса при данной насыщенности содержат электропроводную жидкость и, соответственно, проводят не только электрический ток, но и являются гидропроводными для этой жидкости,

Поэтому, измеряя одновременно PK(s) и cr(s), получаем информацию о существенно разномасштабных подсистемах пор-узлов и пор-связей в неоднородной по структуре образующих ее пустот пористой среде, Причем измерения капиллярного давления и электропроводности среды .должны проводиться одновременно, а не в произвольной последовательности, так как процесс измерения PK(S) для данного объема среды (например, методом нагнетания ртути) делает невозможным повторное использование изучаемого объема среды. Такое увеличение объема получаемой информации позволяет

учесть неоднородный характер перового пространства,

Использование для определения относительных фазовых проницаемостей ki(s) по измеренным значениям капиллярного давления, электропроводности и средней длине межпорового расстояния позволяет учитывать в полном объеме содержащуюся в этих зависимостях информацию о неоднородности структуры порового пространства, а также его трехмерность. При этом поровое пространство представляется не в виде связки линейных одномерных капилляров различного радиуса, а в виде пространственной трехмерной сетки, в узлах которой

расположены поры, соединенные поровы- ми каналами (капиллярами) различного радиуса.

На фиг.1 и 2 показаны типичные примеры шлифов кернов соответственно зернистой и кавернозной пористых сред, отражающих структуру их порового пространства; на фиг.З - модель порового пространства в виде трехмерной сетки, состоящей из пор-узлов и пор-связей: на

фиг,4 - схема измерения величин Рк и о в процессе нагнетания в исследуемый объем, предварительно насыщенный смачивающим флюидом (например, воздухом), ртути; на фиг,5 - построенные по результатам проводимых измерений кривые зависимостей PK(S) и cr(s) (кривая 1 - PK(S), кривая 2 - a (s)); на фиг.6 - полученные в результате применения предлагаемого способа относительные фазовые проницаемости (ki(s) кривая 1 и кг(з) - кривая 2).

Способ осуществляется следующим образом.

Вначале определяют исходные параметры исследуемого объема пористой среды и фильтрующихся фаз известными методами: пористость т, длину L и площадь сечения F объема А- прямым измерением, удельную электропроводность ртути ае , коэффициент поверхностного натяжения на

границе ртуть - воздух у и угол смачивания ртутью поверхности капилляров в присутствии воздуха 0- по справочникам. Далее по образцу ненарушенного исходного исследуемого материала устанавливают среднюю длину межпорового расстояния d. После этого объем А включают в электрическую схему-с источником тока Б t как показано на фиг.4, это позволяет определять его проводимость сг I/V, где ток измеряется амперметром А, а падение напряжения V - вольтметром V. Затем измеряют капиллярное давлением при различных насыщенно- стях, например, методом нагнетания ртути и при этом одновременно с измерением Рк измеряют с помощью указанной схемы электропроводность объема А также после завершения нагнетания очередной порции ртути. При реализации данного способа капиллярное давление может быть определено различными путями: методом нагнетания ртути, пропитки в поле тяжести, принудительной пропитки, центрифугирования. Соответствующие измеренные значения а для удобства дальнейшего использования также наносят на плоскость cr-s, где по оси абсцисс отложены значения s с интервалом s/(m А), а по оси ординат - а (кривая 2 на фиг.5). Имея измеренные для данной пористой среды значения капиллярного давления Рк(з) электропроводности объема А -ст(з) и средней длины межпорового расстояния d определяют относительные фазовые проницаемости: ki(s) - для смачивающей жидкости, К2(з)-для несмачивающей.

Затем определяют фазовые проницаемости по соотношению

Ш 7lF (rcl)-F(Of 9 1 - F (ОГ 0(П)(г. СГ, d)dr al.. .

(rci)-F(r)P9 i - F (r) (г)Г1 atf (r,a. d) dr

1-1,2,

где 1 1 в случае смачивающей жидкости, I 2 - для несмачивающей;s - насыщенность среды смачивающей жидкостью, доли ед.;

Q(n) (r, cr, d) Ј aj (a(s)) - полином

n-й степени, коэффициенты которого являются функциями электропроводности cr(s) и средней длины межпорового расстояния

d. ,,

F(r) - первообразная Сг (r, 7,d), а F(r) обратная к F(r);

Fi(r)- первообразная QCn)(r, cr,d)

О (s) - электропроводность исследуемого объема среды, измеряемая в эксперименте, см;

d - средняя длина межпорового рассто- яния в исследуемой пористой среде, м; г - немая переменная;

31 О, 32 2 ycosQ/PK(s); PK(S) - капиллярное давление, измеряемое в эксперименте, Па; у- коэффициент поверхностного натяжения на границе фильтрующихся фаз, н/м; Q - угол смачивания, град; rc( (Bi)-1/4, м;

Bi , В2 а2.

Формула изобретения 1. Способ определения относительных фазовых проницаемостей пористой среды, включающий измерение пористости среды,

насыщенности ее смачивающей жидкостью и величины капиллярного давления между фильтрующимися фазами с различными физическими свойствами при каждом значении насыщенности среды смачивающей

жидкостью и по зависимости капиллярного давления от насыщенности среды смачивающей жидкостью - расчет относительных фазовых проницаемостей, отличающийся тем, что, с целью повышения

эффективности определения проницаемостей путем увеличения объема и достоверности получаемой информации о гидродинамических параметрах изучаемой среды путем обеспечения учета слияния на

эти параметры трехмерного характера и неоднородности структуры порового пространства, первоначально определяют среднюю длину межпорового расстояния в исследуемой пористой среде, одновременно с измерением величины капиллярного

давления между фильтрующимися фазами с различными физическими свойствами при каждом значении насыщенности среды смачивающей жидкостью измеряют электро5 проводность исследуемого объема пористой среды также при каждом значении насыщенности среды смачивающей жидкостью, а значения относительных фазовых проницаемостей устанавливают по пол0 ученным зависимостям капиллярного даа- ления и электропроводности исследуемого объема среды от его насыщенности смачивающей жидкостью и величине средней длины межпорового расстояния в исследуемой

5

пористой среде.

2, Способ по п.1,отличающийся тем, что относительные фазовые проницаемости устанавливают путем расчета по соотношению

kl (3) (r)(0 1-F 0r1a(n)(r,ad)dr

(rq)-F( ( (г)Г1 Q(r.ad)dr

1-1,2 где I 1 для смачивающей жидкости;

1 2- для несмачивающей жидкости;

s - насыщенность среды смачивающей жидкостью (доли ед.),

Q(n) (г, a,d) 5 аг(сг{5)) - полином

n-й Степени, коэффициенты которого являются функциями электропроводности o(s) и средней длины межпорового расстояния d:

Фиг Л

Фиг

Фиг.З

0

5

F(r) - первообразная , a, d);

Fi(r)- первообразная (r. cr,d)

a (s)-электропроводность исследуемого объема среды, измеряемая в эксперименте, См;

d - средняя длина межпорового расстояния в исследуемой пористой среде, м;

г- немая переменная;

31 0; 32 2 ycosQ/PK(s);

PK(S) - капиллярное давление, измеряемое в эксперименте, Па;

у - коэффициент поверхностного натяжения на границе фильтрующихся фаз, Н/м;

Q - угол смачивания, град; rC| (Bi)-1/4, м;

В1 аГ1; В2 а2.

Л

Нд

Ф Воэйцх ФигЛ

; 5

Фиг. 5