Способ определения начального градиента фильтрации Советский патент 1980 года по МПК G01N15/08 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЧАЛЬНОГО ГРАДИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ

1

Изобретение относится к технике фильтрационных измерений и может быть использовано при определении начального градиента фильтрации в горных породах и строительных материалах (глины, скальные породы, бетоны и т. д.).

Известен способ определения начального градиента фильтрации проницаемых веществ методом расчета 1.

Однако способ расчета трудоемок и не может заменить прямых инструментальных измерений.

Известен адгезионный способ определения водопроницаемости связанных грунтов, по которому напорный градиент определяют как отношение отрывающей нагрузки, необходимой для равновесного отрыва щтампа от образца к единице площади штампа и длине пути фильтрации 2.

Измерения, проводимые на известных компрессионных приборах, по данному способу не обеспечивают требуемой точности.

Наиболее близким к предлагаемому является способ лабораторного определения начального градиента фильтрации, по которому подают на образец напор жидкости, превышающий начальный градиент фильтрации, фильтруют жидкость через образец, регистрируют стабилизацию напора и количество профильтровавшейся жидкости 3. Основны.ми недостатками способа являются трудоемкость и длительность экспериментов при низкой точности вследствие необходимости количественного учета фильтрата. Ускорить же определение начального градиента путем совершенствования известных фильтрационных приборов невозможно, поскольку в качестве источника движения

10 рабочей жидкости через образец в настоящее время используются разного рода насосы, вес столба жидкости, давление сжатого газа, а определение момента начала (окончания) фильтрации производится так или

15 иначе путем количественного измерения достаточного объема профильтровавшейся жидкости. Для слабопроницаемых материалов с коэффициенто.м фильтрации (КФ) от 10 см/с и ниже определения занимают много времени и требуют особых .мер предохра20 нения профильтровавшейся жидкости от испарения. Расчеты показывают, что для получения реально измеримых количеств фильтрата (доли миллилитра) при градиентах напора, близких к начальному, в пористых материалах с КФ см/с требуются сотни часов. В течение такого длительного времени могут произойти изменения физико-химических свойств испытуемого образца, что в свою очередь может привести к изменению его ф.ильтрационных параметров.

Цель изобретения - сокращение времени определения и повышение точности измерений начального градиента фильтрации.

Поставленная цель достигается тем, что напор создают путем подачи импульса давления на жидкость в замкнутой емкости. В результате создания импульсного давления на жидкость в замкнутой емкости происходит резкое изменение давления жидкости при малых изменениях ее объема, что влечет за собой качественное изменение технологических операций способа.

Фильтрация рабочей жидкости через испытуемый образец, размещенный в замкнутой емкости (жесткой герметичной гидросистеме), осуществ.тяется за счет расщире-. ния первоначально сжатой рабочей жидкости.

Прекращение фильтрации регистрируется измерительным устройством по окончании уменьшения напора рабочей жидкости в замкнутой емкости (гидросистеме «до образца), которое происходит за счет расхода некоторого объема этой жидкости на фильтрацию.

При применении отмеченных технологических операций автоматически осуществляется плавное и быстрое снижение величины первоначального напора рабочей жидкости на испытуемый образец, при малых ее расходах на фильтрацию, вплоть до установления значения напора, соответствующего начальному градиенту фильтрации. Это приводит к положительному эффекту - сокращается время определения IQ, а вследствие того, что для определения момента прекращения фильтрации отпадает необходимость измерения реально трудно учитывае.адых количеств фильтрата повышается и точность.

Необходимые условия осуществления способа наряду с обычными требованиями для проведения фильтрационных испытаний (предварительное полное насыщение рабочей жидкостью испытуемого образца и коммутаций, сохранение постоянного объема образца в процессе эксперимента и исключейие пристенной фильтрации), включают в себя обязательное размещение испытуемого образца в замкнутой емкости жесткой герметичной гидросистемы создания напора, снабженной жестким измерительным устройством, а также стабильности температурных условий.

На чертеже показано устройство, реализующее способ.

Устройство содержит замкнутую емкость 1, жесткую герметичную гидросистему создания напора, испытуемый образец 2, жесткую герметичную гидросисте.му 3 создания обжи.ма образца, резиновую оболочку 4, жесткие арретированные фильтры 5, насос 6, вентиль 7, жесткое измерительное устройство 8.

Реализация данного способа может быть осуществлена в серийной установке для исследования проницаемости кернов УИПК 1 м.

Подготовка испытуемого образца к исследованию не отличается от принятых для

9 фильтрационных измерений и заключается в насыщении образца рабочей жидкостью известными способами (методом впитывания, насадения при помощи вакуума, а также путем принудительного движения жидкости

. через образец. Заполнение всех трубопроводов герметичной гидросистемы в установке УИПК- 1 м расположенных «до и «после образца рабочей жидкостью и осуществление обжима образца производится в соответствии с инструкцией для работы на этой

6 установке.

Необходимое давление обжима испытуемого образца через резиновую оболочку должно быть постоянным и соответствовать условиям, при которых не происходит изменение объема испытуемого образца в процессе эксперимента. Для исключения пристенной фильтрации это давление должно быть выше тех величин давлений, которые создаются в жесткой гидросистеме создания напора.

0 Для осуществления способа после необходимой подготовки в жесткой герметичной гидросистеме 1 создания напора при помощи насоса 6 на насыщенный рабочей жидкостью образец 2 импульсно подают градиент напора, заведомо превышающий на чальный градиент фильтрации, но не выше лчавления обжима, что контролируется жестким измерительным устройством 8.

После закрытия вентиля 7 давление в гидросистеме 1 начинает снижаться вследствие расхода жидкости на фильтрацию через испытуемый образец 2, что контролируется измерительным устройством 8.

Снижение давления продолжается до тех пор, пока не прекратится фильтрация жидкости через образец. По окончании фильтрации установившееся давление жидкости перед образцом соответствует тому напору, при превыщении которого образец начнет фильтровать.

0 Начальный градиент фильтрации рассчитывается по известной формуле

F

где I(j - начальный градиент фильтрации; 55р - установившийся напор, выраженный в сантиметрах столба рабочей

жидкости; 8 -толщина образца в сантиметрах.

На приборе УИПК-1 м проводилось определние I о произвольно взятого образца, который представлял собой насыщенную ионом натрия глину «аскангель. Высота образца 1,08 см. Рабочая жидкость - 3%, раствор NaCl КФ 4,2-10 ° см/с. Предварительно образец равновесно уплотняют в компрессионном приборе при 8 кгс/см в 3% растворе NaCl, что также приводит и к насыщению образца рабочей жидкостью.

Подготовленный образец помещают в кернодержатель прибора УИПК-1 м и в соответствии с инструкцией к этому прибору все коммуникации (трубопроводы) «до и «после образца заполняют рабочей жидкостью. Давление обжима для данного образца составляет 7 кгс/см. Давление в гидросистемах контролируется образцовыми трубчатыми манометрами. Температура опыта стабильна.

Затем осуществляется определение начального градиента фильтрации. В жесткой герметичной гидросистеме «до образца импульсно было задано давление в 1 кгс/см, которое спустя 7 ч 20 мин снизилось до 0,32 кгс/см и оставалось неизменным в течение нескольких суток.

Приняв значение установившегося напора в 320 см водного столба, находят значение начального градиента фильтрации

I ЗМ см OQfi о - л ла- - УО

0осм I о - 296

Технико-экономическая эффективность использования предлагаемого способа заключается в значительном сокращении времени определения и повышении точности, что в целом дает реальную возможность определять начальный градиент фильтрации в веществах с низкой проницаемостью.

Формула изобретения

Способ определения начального градиента фильтрации, заключающийся в подаче на образец напора жидкости, превышающего начальный градиент фильтрации, фильтрацию и регистрацию стабилизации напора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и сокращения времени определения, напор создают путем подачи импульса давления на жидкость в замкнутой емкости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Кульчицкий Л. И. Роль воды в формировании свойств глинистых пород. «Наука, М., 1975, с, 96.

2.Калачев В. Л. и др. Способ определения водопроницаемости связанных грунтов. Известия ВУЗов. «Геология и разведка, М., Изд-во геолого-разведочного института им. С.Орджоникидзе, 1977, 4, с. 123.

3.Павилонский В. М. Методика определения коэффициента фильтрации глинистых грунтов при малых градиентах напора. Труды института ВОДГЕО, вып. 43, М.,1974, с. 96-100 (прототип).