камера капилляриметра

Формула изобретения

1. Камера капилляриметра, содержащая основание, центральную часть и крышку, герметически соединенные друг с другом с помощью винтовых зажимов, при этом внутренние полости основания и центральной части разделены водонасыщенной полупроницаемой мембраной, на которой сверху установлены водонасыщенные испытуемые образцы, причем центральная часть или крышка снабжены штуцером и вентилем, а основание - сборником жидкости, отличающаяся тем, что полупроницаемая мембрана выполнена в виде мембранного ультрафильтра, установленного на перфорированной подложке, при этом диаметр отверстий подложки превышает диаметр пор мембранного ультрафильтра в (3-5)·10 ³ раз.

2. Камера капилляриметра по п.1, отличающаяся тем, что установка водонасыщенных испытуемых образцов на водонасыщенную полупроницаемую мембрану осуществляется с помощью персональных зажимов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для определения основной гидрофизической характеристики - кривой капиллярного давления (ККД) образцов пористого материала, являющейся многопрофильной характеристикой, несущей в себе информацию о величине остаточной водонасыщенности породы-коллектора нефти и газа, о распределении поровых каналов по размерам, о величинах относительной фазовой проницаемости для воды и углеводородов и др.

Известна камера капилляриметра аналогичного назначения, содержащая соединенные друг с другом основание, центральную часть и крышку. Внутри камеры установлена водонасыщенная полупроницаемая мембрана, на которой сверху установлены испытуемые образцы пористого материала. Крышка камеры снабжена штуцером для подвода сжатого газа, а основание снабжено сборником жидкости, выдавливаемой из испытуемого образца пористого материала. Камера подключена к источнику сжатого газа и измерителю объема жидкости, вытесненного из испытуемого образца [Авторское свидетельство СССР №1718044, кл. G01N 15/08, 1992].

Недостатком известного устройства является невысокое значение давления прорыва водонасыщенной полупроницаемой мембраны, что ограничивает рабочий диапазон исследования пористых сред по давлению с помощью капилляриметра.

Известна камера капилляриметра, принятая за прототип, содержащая основание, центральную часть и крышку, герметически соединенные друг с другом с помощью винтовых зажимов. При этом внутренние полости основания и центральной части разделены водонасыщенной полупроницаемой мембраной, на которой сверху устанавливаются водонасыщенные испытуемые образцы, причем центральная часть или крышка снабжены штуцером и вентилем, а основание - сборником жидкости [«Определение петрофизических характеристик по образцам» под редакцией доктора геолого-минералогических наук В.Н.Дахнова. - М., «Недра», 1977, с.94-98].

В прототипе полупроницаемая мембрана выполнена в виде тонкопористого диска из керамики со средним размером пор 0,05...0,15 мкм.

Недостатком прототипа являются низкие прочностные свойства полупроницаемой мембраны, ограничивающие значение давления прорыва ее величиной, не превышающей 0,5 МПа.

Поскольку давление прорыва полупроницаемой мембраны определяет максимальную величину капиллярного давления, которая может быть достигнута в опыте, недостаток прототипа будет выражаться в узком рабочем диапазоне ККД по давлению, получаемой на капилляриметре.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является расширение рабочего диапазона по давлению в исследованиях ККД образцов пористого материала на капилляриметре.

Данный технический результат достигают за счет того, что в камере капилляриметра, содержащей основание, центральную часть и крышку, герметически соединенные друг с другом с помощью винтовых зажимов, при этом внутренние полости основания и центральной части разделены водонасыщенной полупроницаемой мембраной, на которой сверху установлены водонасыщенные испытуемые образцы, причем центральная часть или крышка снабжены штуцером и вентилем, а основание - сборником жидкости, согласно изобретения полупроницаемая мембрана выполнена в виде мембранного ультрафильтра, установленного на перфорированной подложке, при этом диаметр отверстий подложки превышает в (3-5)·10³ раз диаметр пор мембранного ультрафильтра.

Кроме того, установка водонасыщенных испытуемых образцов на водонасыщенную полупроницаемую мембрану осуществляется с помощью персональных зажимов.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема камеры капилляриметра.

Камера содержит основание 1, центральную часть 2 и крышку 3, герметически соединенные друг с другом с помощью резьбовых зажимов 4, 5.

При этом внутри камеры между основанием 1 и центральной частью 2 установлен мембранный ультрафильтр 6 на перфорированной подложке 7. Диаметр отверстий в перфорированной подложке 7 превышает диаметр (минимальный диаметр пор, от которого зависит давление прорыва мембраны) пор мембранного ультрафильтра 6 в (3-5)·10³ раз.

Камера снабжена персональными зажимами 8 испытуемых образцов 9, установленных сверху на мембранный ультрафильтр 6. Центральная часть 2 камеры снабжена штуцером 10 для подвода сжатого газа с измерителем давления (не показан). Основание 1 камеры снабжено сборником 11 жидкости, собираемой через канал 12 и штуцер 13 в микробюретку (не показана).

Каждый персональный зажим 8 представляет собой цилиндр с резьбой, на одном конце которого расположена гайка типа барашка для удобства зажима образца 9 пальцами, а на другом - фторопластовый цилиндр (не оцифрован), который прижимает образец к ультрафильтру 6 с усилием не менее 2 кг. Зажимы располагаются в диске, имеющем на внешней поверхности три шпильки (не оцифрованы), входящие в кольцевую канавку центральной части 2, что позволяет создать надежную неподвижность диска и, соответственно, образцов при зажиме. Такая система прижима изучаемых образцов позволяет, кроме того, производить уплотнение образцов, различных по высоте.

Камера капилляриметра работает следующим образом.

По известной методике, изложенной в прототипе, устанавливают предварительно взвешенные водонасыщенные испытуемые образцы 9 в камеру, прижимают их персональными зажимами 8 с усилием не менее 2 кг к поверхности мембранного ультрафильтра 6, поместив между ними бумажный фильтр (не показан), смоченный водой.

Снимают ККД по известной методике, подавая на испытуемые образцы 9 ступенями различное давление Р_c, измеряя количество вытесненной из испытуемых образцов жидкости S _B.

Выбор ступеней давления Р_с зависит от формы получаемой ККД.

После прорыва воздуха, обнаруживаемого по резкому повышению уровня в микробюретке и появлению в ней пузырьков воздуха, снимают давление Р _с, извлекают испытуемые образцы 9 и взвешивают их.

При сходимости результатов производится определение извлеченной из испытуемых образцов 9 воды с разностью между начальным и конечным содержанием воды по данным взвешивания испытуемых образцов с точностью 1-2%, полученные значения объема извлеченной воды на различных стадиях опыта признают представительными.

Поскольку в данной камере мембранный ультрафильтр 6 установлен на перфорированную подложку 7, прочностные свойства полупроницаемой мембраны увеличились. При этом, как показали многочисленные эксперименты, диаметр отверстий перфорированной подложки 7 превышает диаметр пор мембранного ультрафильтра 6 в (3-5)·10³ раз независимо от толщины подложки и ультрафильтра, а также от их габаритных размеров и материалов, из которых они изготовлены.

Увеличение прочностных характеристик полупроницаемой мембраны ведет к увеличению давления прорыва последней и, как следствие, к увеличению значения капиллярного давления, которое может быть достигнуто в опыте. А это приводит к расширению рабочего диапазона по давлению при получении ККД испытуемых пористых образцов 9 на капилляриметре.

Эксперименты показали, что давление прорыва керамической полупроницаемой мембраны в прототипе составляет 0,5 МПа, а давление прорыва фильграционной системы, включающей мембранный ультрафильтр и перфорированную подложку, - 1,2 МПа. Этим и достигается технический результат.