Способ определения капиллярного давления Советский патент 1992 года по МПК G01N15/08 

Изобретение относится к области исследования пористых сред, материалов и микрокапилляров, может быть использовано в разработке нефтяных и газовых месторождений, при создании и эксплуатации подземны газовых хранилищ и в других областях техники.

Известен способ определения капиллярного давления центрифугированием. В процессе его реализации на торцах образца при его вращении создается перепад давления, благодаря которому насыщающая фаза вытесняется из пор определенного радиуса. По соответствующей формуле рассчитывают капиллярное давление.

Недостатком этого способа является то, что полученное таким образом давление превышает капиллярное, так как в момент, когда центобежные силы равны капиллярному давлению, никакого вытесняющего эффекта не должно быть, ибо вся система будет находиться в равновесии. И только при нарушении последнего из образца начнет выделяться насыщающая его жидкость (фаза). Кроме того, данный способ пригоден для микропористых сред со сравнительно высокой проницаемостью, поскольку на центрифуге нельзя создать достаточно высоких перепадов давлений и

VI

1

К

IS

измерить выделение почти микроскопических объемов насыщающей фазы.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является способ, основанный на том, что в герметичную камеру на водонасыщенную полупроницаемую мембрану устанавливают водонасыщенный образец и под периодически повышающимся давлением подают газ, который вытесняет воду из образца в калиброванный цилиндр. Это давление принимается за капиллярное.

Недостатки данного способа заключаются в том, что он проводится только в поверхностных условиях, а в процессе его реализации определяется не капиллярное давление, а давление вытеснения жидкости из пор определенного радиуса. При равенстве поданного в камеру давления и капиллярного давления ни из образца, ни из пористой мембраны вода вытесняться не будет. Процесс вытеснения будет наблюдаться только в условиях, когда давление газа в камере превысит капиллярное. Более того, для низкопористых сред с высоким капиллярным давлением невозможно подобрать полупроницаемую мембрану.

Цель изобретения является повышение точности и надежности измерения капиллярного давления в пористых материалах.

Поставленная цель достигается тем, что насыщенный водой (или любой другой жидкостью) образец помещают в кернодержа- тель и создают в нем необходимые термобарические условия (заданные температуру и давление обжима). Пространство над верхним торцом образца заполняют водой, а на нижний подают вытесняющую фазу (газ, жидкость) под входным давлением (Р), значительно превышающим капиллярное, и фиксируют время прорыва через образец вытесняющей фазы по появлению над верхним торцом ее пузырьков либо капель, наблюдаемых через смотровое стекло в верхней части кернодержателя. Затем, не извлекая образец, его повторно насыщают водой путем подачи ее под давлением на верхний торец образца и одновременным вакуумированием со стороны нижнего торца и вновь осуществляют прорыв вытесняющей фазой при давлении, меньшем на 0,3-0,5 МПа относительно предыдущего, и фиксируют время прорыва вытесняющей фазы через образец. Подобным образом, понижая в каждом случае входное давление прорыва и замеряя время прорыва, эксперимент проводят несколько раз, строят график зависимости Р f ( ) , где Т - время прорыва вытесняющей фазы, с; Р - давление, МПа, и определяют величину капиллярного давления лоточке пересечения прямой

Р f ( у1) с осью ординат - ось давления.

На фиг.1 дано устройство, реализующее

предлагаемый способ; на фиг.2-5 - зависимости капиллярного давления Р и величины, обратной времени промыва 1/Т.

Сущность способа заключается в том,

что из исследуемого материала (горная порода, керамика и т.д.) изготавливают цилиндрический образец 1. Для устройства (фиг, 1) изготавливался цилиндр длиной 30 мм, диаметром 27,5 мм. Образец 1 насыщают маслом или другой жидкостью (керосином, бензином и т.д.), помещают в кернодержа- тель 2, в котором нагревателем 3 создают температурный режим, где с помощью гидропресса 4 через манифольд 5 создают обжим образца водой из емкости 6. В процессе исследований давление обжима достигало 25-57 МПа и фиксировалось манометром 7, а температура изменялась от 303 до 343 К и контролировалась термометром

8.

В пространство 9 над верхним торцом образца 1 с использованием пресса 10 через манифольд 11 подают воду, давление подачи которой контролируется манометром 12, вода берется из емкости 13. На нижний торец из баллона 14 через манифольд 15 под давлением подается вытесняющая фаза, в данном случае газ - азот. С этого момента начинают отсчет времени наступления прорыва газа. При необходимости можно использовать любой другой газ или жидкость. Для первого измерения входное давление газа (Р), контролируемое манометром 16, значительно превышающее капиллярное, рассчитывают по формуле

Р 15 (тт )° 33 , где К - абсолютная проницаемость образца, мкм2.

Прорыв через образец вытесняющей

фазы (газа) будет характеризоваться появлением пузырьков газа на верхнем торце, что можно наблюдать через смотровое стекло 17. По появлению пузырьков засекают время наступления прорыва. Если вытесняющая фаза представлена жидкостями (нефтью, керосином), то при прорыве на верхнем торце образца и в воде над ним появятся капельки указанных жидкостей.

Затем, не извлекая образец из кернодержателя, вновь насыщают его водой путем подачи ее под давлением на верхний торец образца. Одновременно, с целью сокращения времени максимального насыщения образца, создают через манифольд 15 вакуум на нижнем торце.

На нижний торец насыщенного образца вновь воздействуют газом, который подают под давлением на 0,3-0,5 МПа меньшим, чем при первом измерении. Такая степень снижения входного давления установлена экспериментально.

При появлении пузырьков газа на верхнем торце снова фиксируют время наступ- ления прорыва. Подобным образом эксперимент проводят многократно (в нашем случае пять-семь раз), в зависимости от необходимой точности определения капиллярного давления и по полученным данным

1 строится зависимость Р f( ) -на оси

ординат складываются давления прорыва

(Р), а на оси абсцисс - величины, обратные 1

времени прорыва (у). Через полученные

точки проводится прямая, которая, пересекая ось ординат, укажет на ней значение капиллярного давления.

На фиг.2 и 3 показаны графики с использованием которых определены капиллярные давления (Рк) описанным способом. Образцы насыщались водой, а в качестве вытесняющей фазы использовался газ - азот. В одном случае в качестве вытесняющей фазы применялся газовый конденсат плотностью 797,6 кг/м3 (фиг.5). Из приведенных графиков следует, что с уменьшением проницаемости (фиг.З) от 6,74 1,5 10 мкм2 (фиг.4, кривая а) давление Рк увеличивается от 0,01 до 2,5 МПа.

Формула изобретения 1. Способ определения капиллярного давления, основанный на помещении исследуемого водонасыщенного образца в герметичную камеру, подаче в камеру вытесняющей фазы под периодически изменяющимся давлением, построении кривой капиллярного давления, отличающийся тем, что, 6 целью повышения точности и надежности измерения капиллярного давления, водонасыщенный образец помещают в кернодержатель, создают заданные термобарические условия, заполняют пространство над верхним торцом образца водой, на нижний торец подают вытесняющую фазу газ или жидкость под давлением, определяемым уравнением (1/К)033, где К - абсолютная проницаемость образца, фиксируют время наступления прорыва вытесняющей фазы через образец по появлению над верхним торцом ее пузырьков либо капель, наблюдаемых через смотровое стекло, не извлекая образец, повторно насыщают его водой путем подачи ее под давлением на верхний торец образца и одповременным вакуумированием со стороны нижнего торца, осуществляют прорыв вытесняющей фазой при давлении, меньшем на 0,3-0,5 МПа относительно первого измерения, фиксируют время прорыва по появлению над верхним торцом пузырьков либо капель вытесняющей фазы, повторяют рабочие циклы многократно, строят график зависимости Р f ( ) , где Р - давление

вытеснения прорыва, МПа;Т-время прорыва, с, и по пересечению прямой Р f ( )

с осью ординат определяют величину капиллярного давления.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности определения капиллярного давления для жидких углеводородов, образец насыщают жидкими углеводородами.

,. c & re scoс

. о

DIA- №C-«J

1

. о

,э ; S/OOGC WOLC SCC COO

DLWa

Изобретение относится к исследованию пористых сред. Насыщенный водой (или другой жидкостью) образец помещают в кернодержатель и создают в нем необходимые термобарические условия (заданные температуру и давление обжима). Пространство над верхним торцом образца заполняют водой, а на нижний торец подают вытесняющую фазу (газ, жидкость) под входным давлением Р, значительно превышающим капиллярное. Фиксируют время прорыва через образец вытесняющей фазы по появлению над верхним торцом пузырьков либо капель, наблюдаемых через смотровое стекло в верхней части кернодержателя. Затем, не извлекая образец, его повторно насыщают водой и вновь осуществляют прорыв вытесняющей фазой. При давлении меньшем на 0.3-0,5 МПа предыдущего, фиксируют время прорыва вытесняющей фазы через образец. Подобным образом, понижая в каждом случае входное давление прорыва и замеряя время прорыва, строят график зависимости (1/T), где Т - время прорыва вытесняющей фазы, с; Р - давление, МПа, и определяют величину капиллярного давления по точке пересечения прямой 1 Р f ( ) с осью ординат (ось давления). 1 з.п. ф-лы, 5 ил. со

p-1.

--CXhf . )C

/ г/7ф

/

-t

vl/

У

CT

i г

tl

9

.rbL

J

0892WI

Р, МЛа

сего аог о,/ео а 5 5

г Р - )Пг, -% /-. л л

v Ч v «v U,УиС J v 0 f

.