устройство для определения распределения пор по размерам

Формула изобретения

Устройство для определения распределения пор по размерам, содержащее камеру с верхней крышкой, полупроницаемую мембрану, на которой расположен образец породы, манометр, градуированную бюретку, отличающееся тем, что камера выполнена в виде двух концентрично расположенных, герметизированных друг от друга цилиндрических камер, причем стенки внутренней камеры выполнены из эластичного материала, заключенного в перфорированную металлическую оболочку, а днищем служит полупроницаемая мембрана, на которой расположен образец породы, наружная камера снабжена нижней крышкой и патрубком ввода либо сжатого газа, либо жидкости для обжима образца породы и обеспечения моделирования горного давления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для определения распределения пор по размерам различных капиллярных систем и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности для оценки абсолютной, фазовой и относительной проницаемости горных пород, остаточной водонасыщенности, качественной оценки коэффициента нефтеизвлечения, для изучения строения переходных зон "вода - нефть", "вода - газ", строительстве.

Известно использование центрифуги для изучения распределения пор по размерам [Ш. К. Гиматудинов, А. И. Ширковский. "Физика нефтяного и газового пласта", Москва, "Недра", 1982. - с. 28-29]. При вращении насыщенного жидкостью образца в центрифуге с возрастающей скоростью жидкость удаляется из пор исследуемой породы. Объем жидкости, вытекающей из образца при соответствующей скорости вращения, регистрируется. По значению скорости вращения рассчитывается центробежная сила и капиллярное давление, удерживающее оставшуюся жидкость в образце. По капиллярному давлению устанавливается размер пор, из которых вытекла жидкость при данной скорости вращения. Так получают кривую распределения пор по размерам.

Недостатками известного устройства является ограниченность количества определений числом режимов, развиваемых используемой центрифугой, и невозможность получения начального участка порометрической характеристики образцов из-за высоких уже на первых режимах градиентов давления.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является устройство для изучения распределения пор по размерам с использованием полупроницаемых мембран [Ш. К. Гиматудинов, А. И. Ширковский "Физика нефтяного и газового пласта", Москва, "Недра", 1982, с. 27-28], содержащее камеру, внутри которой на полупроницаемой мембране, насыщенной жидкостью, расположен насыщенный жидкостью образец. В качестве полупроницаемых мембран используют керамические, фарфоровые или другие пластинки, размеры пор которых значительно меньше средних пор образца, кроме того, устройство содержит манометр, градуированную ловушку и пружину, фиксирующую образец породы на мембране. Вытеснение жидкости из керна (образца) осуществляют газом, давление которого создается внутри камеры и регистрируется манометром. При повышении давления газ (азот) вначале проникает в крупные поры образца и жидкость из них уходит через поры мембраны в градуированную ловушку. Газ из камеры через мембрану может прорваться только тогда, когда давление в ней превысит капиллярное давление менисков в порах мембраны. Повышая ступенями давление в камере и регистрируя соответствующие объемы жидкости, вытесненные в ловушку при различных давлениях, определяют состав пор по размерам.

Недостатками известного технического решения (прототипа) являются невозможность:

- моделирования пластовых условий (горного давления, пластового давления);

- использования в качестве вытесняющего агента пластовой воды, водные растворы различных химреактивов (водных растворов ПАВ, кислотных, полимерных, щелочных и т.д.);

- оценки динамики изменения структуры порового пространства при использовании реагентов, взаимодействующих с породой (адсорбирующихся на поверхности пор, растворяющих породу, кольматирующих и т.д.);

- ненадежность конструкции устройства по обеспечению герметичности, связанная с использованием узлов из разнородных материалов (металлический корпус, керамическая мембрана).

Предлагаемое изобретение решает техническую задачу повышения точности определения распределения пор по их размерам в капиллярных системах, в том числе и в области с меньшими радиусами, и в условиях насыщения пористой среды различными жидкостями и вытесняющими реагентами.

Указанная техническая задача решается тем, что в известном устройстве для определения распределения пор по размерам, содержащем камеру, снабженную верхней крышкой, полупроницаемую мембрану, на которой расположен образец породы, манометр, градуированную бюретку высокого давления, согласно изобретению камера прибора выполнена в виде двух концентрично расположенных, герметизированных друг от друга цилиндрических камер, причем стенки внутренней камеры выполнены из эластичного материала, заключенного в металлическую перфорированную оболочку, а днищем служит полупроницаемая мембрана, на которой расположен образец горной породы, наружная камера снабжена нижней крышкой и патрубком ввода либо сжатого газа, либо жидкости для обжима образца породы и моделирования горного давления.

На чертеже представлен общий вид устройства.

Устройство для определения распределения пор по размерам содержит внутреннюю цилиндрическую камеру с образцом горной породы 1, расположенным на полупроницаемой мембране 2, бюретку высокого давления 3, манометр образцовый 4, вентиль запорный 5, наружную камеру с патрубком ввода сжатого газа либо жидкости 6 для обжима образца и моделирования горного давления, крышки прибора 7 (верхняя и нижняя), стенка внутренней камеры из эластичного материала 8, заключенного в металлическую перфорированную оболочку 9.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Образец, предварительно насыщенный жидкостью (пластовой водой, нефтью или водными растворами реагентов), помещают во внутреннюю камеру 1 на полупроницаемую мембрану 2, также насыщенную той же жидкостью, внутри камеры 1 создают пластовое давление путем подачи рабочего (вытесняющего) агента (газ, водные растворы кислот, ПАВ, полимеров), в наружной камере (камера обжима) 6 путем подачи газа либо технической жидкости (масло, инертный газ) создают горное давление. При подаче вытесняющего агента под давлением P₁ во внутреннюю камеру 1 начинается вытеснение жидкости из пор большого диаметра, т.е. тех пор, в которых внешне приложенный перепад давления превышает капиллярное давление менисков. Далее, как только прекратилось вытеснение жидкости из пор образца, что фиксируется по бюретке 3, задают давление P₂, превышающее давление P₁. К процессу вытеснения подключаются более мелкие поры, в которых перепад давления превысил капиллярное. При этом также фиксируется по бюретке 3 объем вытесненной жидкости при давлении P₂ и т. д. Эксперимент считается завершенным, когда вытесняющий агент прорывается через полупроницаемую мембрану 2.

Предлагаемое изобретение может быть реализовано в нефтегазодобывающей промышленности для оценки абсолютной фазовой и относительной проницаемости горных пород, остаточной водонасыщенности, качественной оценки коэффициента нефтеизвлечения, для изучения строения переходных зон "вода - нефть", "вода - газ". Изобретение может быть использовано также в строительстве для оценки капиллярных внедрений грунтовых вод в фундаменты строящихся зданий, в кожевенной промышленности - для оценки размеров пор кожи.

Использование изобретения позволит по сравнению с прототипом вести исследования с учетом моделирования пластовых условий, а именно: пластового давления во внутренней камере и горного давления в наружной, в результате чего происходит обжим образца, который исключает проскальзывание жидкости по боковым поверхностям образца и устраняет ошибки в измерениях, связанные с подключением более коротких боковых поровых каналов. Кроме того, в качестве вытесняющего агента могут быть применены не только газ, но и другие агенты: пресная вода, пластовая вода, водные растворы химреагентов. Изобретение позволяет оценить изменения структуры порового пространства при использовании химреагентов (кислот, щелочей, геле- и осадкообразующих реагентов), обеспечить прочность, надежность, герметичность узлов прибора, создавать более высокие градиенты давления, получать более точную и надежную информацию по распределению пор в капиллярных системах, в том числе и в области с меньшими радиусами пор.