Устройство для изучения фильтрационных свойств горных пород Советский патент 1982 года по МПК G01N15/08 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ОИЛЬТРАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может найти применение в нефтяной и газовой промышленности при лабораторных исследованиях проницаемости образцов горный пород.

Известно устройство для изучения фильтрационных свойств горных пород, а именно устройство для определения разнонаправленной проницаемости образцов горных пород. Устройстве содержит корпус с торцовыми крышками, вкладыш с образцом, поршень и угловое поворотное приспособление о валом и поворотной головкой. Работа устройства основана на том, что часть поверхности исследуемого пористого материала подвергается обжиму воздействием газа на вкладыш, в котором i установлен цилиндрический образец породы, с последующим определением проницаемости в диаметральном направлении. Для определения проницаемости в следующем диаметральном направлении снимается давление обжима и с помощью поворотной головки поворачивают образец во вкладыше на заданный угол и цикл повторяется ll.

Недостатком устройства является -невозможность определения проницаемости в торцовом и радиальном направлении, а таюхе невозможность раздельного учета объемного расхода газа в разных направлениях,, так как боль10шая часть поровых каналов с внешней стороны изолирована. В пластовых условиях протяженность поровых каналов и трещин бесконечно велика по сравнению с длиной поровых каналов исследу15емых образцов, а их ориентация носит самый различный характер. Если представить, что отдельный поровый канал или трещина оказались перекрытыми с какой-либо стороны, очевидно, что

20 участвовать в фильтрационном процессе этот канал не будет. Это приводит к погрешности при определении фильтрационных характеристик горных пород. Особенно важно, как показывают экспериментальные работы, учитывать это при определении коэффициентов нефтеи конденсатоотдачи плотных, трещиноватых пород при их вытеснении другими флюидами Известно также устройство для измерёния проницаемости при радиальной фильтрации при фиксированном осевом давлении, состоящее из чехла, внутри которого расположен исследуемый образец, основания, струбцины и плуниерной пары для осевого сжатия образца, крышки. Цилиндрический образец, с осевым отверстием вставляется в чехол, При помощи струбцины и плунжерной пары создается фиксированное значен1 е осевого давления. Проницаемость определяют при направлении фильтрации от внешней поверхности к осевому отверстию по радиусу или в обратном направ лении 2. Недостатком данного технического решения также является то, что оно не позволяет определение проницаемое:ти в торцовом направлении, а поэтому не обеспечивает раздельного определения объемного расхода газа в разных направлениях. Кроме этого, устройство не позволяет поинтервально определять радиальную или разнонаправленную проницаемость. Наиболее близким по технической сущности к изобретение является прибор для испытания образца грунта на фильтрацию и суффозию, содержащий чехол с образцом и поршень для передачи на образец сжимающего усилия. В устройстве имеется также расположенная коаксиально с рабочей камерой чехлом перфорированная трубка, нижний конец которой закреплен в днище камеры, выполненном с обратным фильтром. Фильтр имеет отверстия, через которые камера сообщается с кольцевым водосборником. Крышка камеры снаб жена упорной решеткой и соединена с наяориой емкостью. Грунт укладывают в камеру вокруг перфорированной труб ки. Проницаемость определяют при раз личной плотности грунта путем расчета коэффициента фильтрации по формулам для случая осерздиального двих ения воды в напорном пласте f3j . ...Недостатком устройства является невозможность поинтервальногоопределения проницаемости, т.е.невозможность определения сообщаемости и ориентации поровых каналов. Це.ль изобретения - обеспечение возмо хности определения ориентации поровых каналов и дифференцированной оценки проницаемости. Поставленная цель достигается тем, что устройство для изучения фильтрационных свойств горных пород, содержащее чехол с образцом и поршень для передачи на образец сжимающего усилия, снабжено втулкой с вмонтированным в ее верхней части уплотнительным элементом, соединенной с чехлом, причем втулка и чехол выполнены с возможностью осевого перемещения относительно исследуемого образца. Чтобы определить местонахождение выхода газа из образца, а следовательно, судить об ориентации 1 анала, необходимо его перекрыть, а это возможно только при поинтервальном исследовании образца. Сравнивая полученные данные расходов газа при постоянном перепаде давления на каждом интервале и в разных направлениях, представляется возможным определение сообщаемости и ориентации поровых каналов. Особенно важны такие,определения при изучении плотных микротрещинных и трещинных образцов. При исследовании образцов пород длиной, до 20 см очень часто наблюдается неоднородность породы по составу (или чередование, или плавный переход) и при определении проницаемости таких пород наблюдаются большие расхс идения в данных вдоль и поперек напластования. Только поинтервальное исследование такой породы дает четкую Картину по характеристике разреза на прс ницаемость. На чертеие изображено предлагаемое устройство. Устройство содержит верхний плунжер 1, имеющий канал 2 и вентиль 3« Чехол f, в котором расположен цилиндрический образец 5, и имеющий отверстие 6с вентилем 7 с помощью резьбы, соединен с корпусом 8, между которыми находится уплотнительный элемент 9 Для осевого сжатия образца служит нижний шток 10, имеющий канал 11 и вентиль 12 и приводится в действие с помощью плунжерной пары 13 и струбцины I через у плот ни тельное кольцо 15. Плунжерная пара 13 имеет канал 16, через который поступает рабочий агент под давлением, необходимым для фикси рованного значения осевого давления. Для изоляции канала 2 от камеры чехла и внешней среды служат уплотнитель ные кольца 17 и 18. Устройство работает следующим образом. Исследуемый образец 5 помещается в кожуХ таким образом, чтобы нижняя его часть (/ мм) входила в уплотнительный резиновый элемент 9. Затем вставляется верхний шток и с помощью струбцины образец приии мается к нижнему штоку 10, При необходимости фиксированного значения торцового обжима в плунжерную пару 1 через отверстие 16 подают рабочую жидкость от пресса. После этого, для изоляции камеры чехла k от канала -11 уплотнительный резиновый элемент 9 прижимается к образцу 5 и нижнему штоку 10 путем заворачивания чехла в корпус 8. Эту же роль выполну ет уп лотнительное кольцо 15. Устройство может работать в следу ющих вариантах, К образцу 5 через канал 2 под определенным давлением подается рабочи агент (например, газ), который -фильтруется по порам и трещинам ориентированными, как в осевом направлении, jfaK и выходящими через боковую повер ность образца. При открытых вентилях 7 и 12, пpoшeдши f через образец газ поступает в расходомеры, которые фик сируют объемные расходы газа. . Закрывают вентиль 12 и при этом же давлении определяют объемный расход газа фильтрующийся через боковую поверхность/ Через/канал 11 газ подается к ниж нему торцу образца и при открытых вен тилях 3 и 7 фиксируют объемные расход газа, прошедшего через боковую поверх ность и в осевом направлении. Закрывают вентиль 3 и при этом же давлении определяют объемный расход газа, фильтрующего через боковую поверхность . Через -отверстие 5 при открытых вен тилях 7 и 12 подают газ, а его количество, прошедшее через образец, определяют расходомерами, подключенными к каналам 2 и 11. Сравнивая полученные данные.объемных расходов газа по изложенным вариантам, судят о фильтрационной спо собности исследуемого образца и качественно оценивают структуру фильтрационных каналов и трещин. Поинтервальное исследование фильтрации рабочего агента через образец осуществляется следующим образом. Для этого нижний шток 10 и образец 5 освобождают от сжатия уплотнительным резино.вым элементом 9 путем частичного раскручивания кожуха Л, соединенного через резьбу с корпусом 8. Затем корпус с кожухом передвигают вверх относительно образца и штоков на необходимую высоту. После этого закручивают чехол в корпус с целью обжатия уплотнительным элементом образца для изоляции камеры чехла от канала 11. Исследования выполняют по указанным вариантам,. Далее опять сравнивают полученные данные объемных расходов газа для данного интервала с предыдущей серией полученных данных и оценивают фильтрационную способность образца и структуру фильтрационных каналов и т.д. Устройство также позволяет проводить поинтервальное изучение рад альной фильтрации. Для этого в образце просверливается осевое отверстие (на чертеже отверстие показано пунктирной линией). В этом случае вместо уплотнительных колец 15. и 17 торцовые поверхности образца герметизируют с помощью дисов из мягкой резины, в центре которых имеется отверстие диаметром, равным диаметрам каналов 2 и 11. Вентиль 12 при таких исследованиях перекрывается. Это необходимо для того, чтобы. фильтрующийся рабочий агент Не проходил по трещинам и порам в осевом направлении. При помощи струбцины и плунжерной пары создается фиксированное значение осевого давления. Проницаемость определяют при направлении фильтрации как от внешней поверхности (через отверстие 6) к осевому отверстию по радиусу, так и в обратном направлении (через канал 2t) . Поинтервальное определение проницаемости при радиальной фильтрации производится перемещением чехла и корпуса 8 вверх относительно иСследуемого образца 5 и втулок 1 и 10 по изложенной методике. Использование предлагаемого изобретения при изучении свойств горных пород позволит в сравнении с известным получить следующие преимущества: