DD154639A1

DD154639A1 - METHOD AND DEVICE FOR SAFETY DETERMINATION OF POROESES ROCK SAMPLES

Info

Publication number: DD154639A1
Application number: DD22533680A
Authority: DD
Inventors: Peter Hoerig
Original assignee: Kretzschmar Hans Juergen
Priority date: 1980-11-20
Filing date: 1980-11-20
Publication date: 1982-04-07

Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung zur Saettigungsbestimmung an poroesen Gesteinsproben beziehten sich auf die Bestimmung der relativen Permeabilitaet bei Laboruntersuchungen von poroesen Gesteinsproben.Es wird die Aufgabe geloest, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der zeitlich und/oder oertlich variierenden Lage des Phasensprunges zweier Medien (Gas/Wasser) in poroesen Gesteinsproben zu schaffen. Erfindungsgemaess wird die erst von Wasser und dann von Untersuchungsgas durchstroemte Gesteinsprobe einer Durchstrahlung mit Mikrowellen ausgesetzt und das Mass der Daempfung des Hochfrequenzfeldes zur Ermittlung der Lage des Phasensprunges des Zweiphasensystems in der poroesen Gesteinsprobe herangezogen.The method and device for determining the saturation of porous rock samples was based on the determination of the relative permeability in laboratory investigations of porous rock samples. The object is achieved, a method and a device for determining the temporally and / or locally varying position of the phase jump of two media ( Gas / water) in porous rock samples. According to the invention, the rock sample, which is first penetrated by water and then by examination gas, is subjected to microwave radiation and the mass of the high-frequency field is used to determine the position of the phase jump of the two-phase system in the porous rock sample.

Description

-1- 225336-1- 225336

Titel der ErfindungTitle of the invention

Verfahren und Vorrichtung zur Sättigungsbestiramung an porösen GssteinsprobenMethod and apparatus for saturation screening of porous gas samples

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Das Verfahren und die Vorrichtung zur Sättigungsbestimmung an porösen Gesteinsproben finden Anwendung bei Laboruntersuchungen zur Bestimmung der relativen Permeabilität von porösen Gesteinsproben.The method and apparatus for determining saturation on porous rock samples are used in laboratory studies to determine the relative permeability of porous rock samples.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Als Eingabedaten zur Modellsimulierung von unterirdischen Gasspeichern bzw. Kohlenwasserstoff-Lagerstätten werden u.a. als wesentliche Parameter die relativen Permeabilitäten benötigt. Die Bestimmung dieser Parameter wird gegenwärtig nur im Labor vorgenommen. Zur Berechnung der relativen Permeabilitäten in Zweiphasensystemen (z.B, Gas-Wasser-Verdrängung) werden neben der Bestimmung der absoluten Permeabilität auch die Messung des jeweiligen Sättigungszustandes der Kernprobe benötigt. Diese Messung ist schwierig durchführbar« Es sind Lösungen bekannt, über die Veränderung des elektrischen Widerstandes, durch radiometrische Messungen und über Materialbilanzmethoden die Sätti-. gungsänderung zu bestimmen.Characteristic of the known technical solutions As input data for the model simulation of underground gas storages or hydrocarbon deposits, i.a. as essential parameters the relative permeabilities needed. The determination of these parameters is currently only carried out in the laboratory. To calculate the relative permeabilities in two-phase systems (for example, gas-water displacement), in addition to determining the absolute permeability, it is also necessary to measure the respective saturation state of the core sample. This measurement is difficult to carry out. "Solutions are known for varying the electrical resistance, radiometric measurements and material balance methods. to determine the change in

In der DD-PS GOIS/I58 501 (23/24 93 868) wird ein Verfahren zum Messen der Feuchtigkeit von schüttbaren und harten Stoffen aufgrund von Änderungen der durch die Dämpfungscharakteristik gekennzeichneten Dielektrizitätskonstanten und erfindungsgemäß als zusätzliches Kriterium ihre Phasendrehungs-CharakteristikIn DD-PS GOIS / I58 501 (23/24 93 868) is a method for measuring the moisture content of pourable and hard materials due to changes in the dielectric constant characterized by the damping characteristic and according to the invention as an additional criterion their phase rotation characteristic

225336225336

benutzt. Diesem Verfahren haftet genauso wie den vorhergenannten der Nachteil an, daß es keine dynamische Meßmethoden sind, d.h., die ständige Veränderung der Lage der Sättigungsfront innerhalb der Gesteinsprobe nicht.direkt nachweisbar ist* Zusätzlich ist der im Ausführungsbeispiel gemachte konstruktive und elektronische Aufbau (Verwendung einer Wanderfeldröhre als HF-Generator) für den dynamischen Meßvorgang nicht geeignet«used. This method is liable as well as the previously mentioned the disadvantage that they are not dynamic measuring methods, ie the constant change in the position of the saturation front within the rock sample is not directly detectable. In addition, the structural and electronic construction made in the exemplary embodiment (use of a traveling-wave tube as HF generator) not suitable for the dynamic measuring process «

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Bestimmung der Permeabilität von porösen Gesteinsproben, mit deren Hilfe die Nachteile der bekannten technischen Lösungen überwunden werden.The object of the invention is to provide a method and a device for determining the permeability of porous rock samples, with the help of which the disadvantages of the known technical solutions are overcome.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe die Bestimmung der zeitlieh und örtlich variierenden Lage des Phasensprunges zweier Medien (Gas/Wasser) bei der Durchströmung von porösen Gesteinsproben möglich ist,The invention has for its object to provide a method and an apparatus by means of which the determination of the zeitlieh and spatially varying position of the phase jump of two media (gas / water) in the flow through porous rock samples is possible,

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die von einem Zweiphasensystem durchströmte Gesteinsprobe einer Mikrowellendurchstrahlung ausgesetzt wird und die Änderung des Pegels der diese Stoffe durchdringenden elektromagnetischen UHF-Schwingungen in Abhängigkeit von den Dielektrizitätskonstanten zur Beurteilung der Permeabilität festgestellt und ausgewertet wird. Dabei wird der Effekt ausgenutzt, daß der Unterschied der Dielektrizitätskonstanten ^'von mit Wasser gesättigten und trockenen Materialien besonders groß ist - z.B. beträgt bei etwa 10 GHz der Wert für v/assergesättigte £' =60, während er für trockene Substanzen bei £.'=3 liegt» Zur genauen örtlichen und zeitlichen Bestimmung des unterschiedlichen Sättigungsgrades ist es erforderlich, die Meßanordnung, mindestens aber die zugehörigen Sende- und Smpfangseinheiten ortsveränderlich auszubilden, so daß innerhalb kurzer Zeit eine Vielzahl von Querschnitten bzw. Profilen meßtechnisch erfaßt werden können, Weiterhin ist es erforderlich, daß die Gesteinsproben, vorzugsweise in Form von Bohrkernen, mit einer Epoxidharz-According to the invention the object is achieved in that the flowed through by a two-phase system rock sample is exposed to microwave radiation and the change in the level of these substances penetrating electromagnetic UHF oscillations is detected and evaluated depending on the dielectric constant for assessing the permeability. This utilizes the effect that the difference in dielectric constant σ 'of water-saturated and dry materials is particularly great - e.g. At about 10 GHz, the value for saturated / £ is equal to 60, while for dry substances it is £ / '= 3. For exact local and temporal determination of the different degree of saturation, it is necessary to have the measuring arrangement, but at least the associated transmit - and Smpfangseinheiten form mobile, so that within a short time a variety of cross sections or profiles can be detected by measurement technology, Furthermore, it is necessary that the rock samples, preferably in the form of cores, with an epoxy resin

22 533 622 533 6

ρ- 3 - ρ- 3 -

hülle umschlossen sind, die den Austritt der beaufschlagten Medien verhindert. Die Epoxidharzhülle bewirkt keine Dämpfung der UHF-Schwingungen und beeinflußt demzufolge nicht das Meßergebnis«enclosed, which prevents the discharge of the media acted upon. The epoxy coating does not dampen the UHF vibrations and therefore does not affect the measurement result «

Ausführungsbeispielembodiment

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben werden.The invention will be described in more detail with reference to an embodiment.

Figur 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau' zur Durchführung des Verfahrens.Figure 1 shows the basic structure 'for carrying out the method.

Die Gesteinsprobe 1 wird mit einem Epoxidharzmantel 19 und den Adaptern 16 zur Einleitung bzw. Ableitung des Wassers und des Untersuchungsgases versehen. An den Adapter 16 zur Einleitung der Medien wird über einen Umschalter 14-, der wechselseitiges Zuführen von Wasser und Untersuchungsgas zur Gesteinsprobe ge~ stattet, die Flüssigkeitspumpe mit Meßeinrichtung 15 und der Untersuchungsgasbehälter 12, über ein Reduzierventil 13 angeschlossen. Dem Adapter 16 für die Abführung der Medien ist ein Flüssigkeitsvolumenmesser 1? und parallel dazu ein Gasvolumenstrommesser 18 nachgeordnet.The rock sample 1 is provided with an epoxy jacket 19 and the adapters 16 for the discharge of the water and the test gas. To the adapter 16 for the introduction of the media via a switch 14-, the mutual supply of water and test gas to the rock sample ge equips ge, the liquid pump with measuring device 15 and the examination gas tank 12, connected via a reducing valve 13. The adapter 16 for the discharge of the media is a liquid volume meter 1? and downstream of a gas flow meter 18 in parallel.

Von einem GUNN-Oszi11ator 2 werden Hochfrequenzschwingungen (ca. 10 GHz) erzeugt. Der GUNN-Os zi Hat or 2 ist über einen Isolator 3 und ein veränderliches Dämpfungsglied 4 mit einer Senderantenne verbunden, die das Hochfrequenzfeld aussendet. Nach Durchstrahlung der Gesteinsprobe 1 wird das nunmehr gedämpfte Hochfrequenzfeld von der Empfängerantenne 6 empfangen und über einen Detektor 7 und einen Verstärker 8 der Auswerteeinheit 9 zugeführt. Die Senderantenne 5 und die Empfängerantenne 6 befinden sich auf einem Schlitten 10, der zur genauen örtlichen und zeitlichen Registrierung der Durchströmungsverhältnisse in der Gesteinsprobe an Führungen 11 entlang der Probe verschoben werden kann. Damit ist die Voraussetzung für eine Untersuchung der dynamischen Änderung der Sättigung gegeben. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Probe, die zuerst mit V/asser und anschließend mit dem Untersuchungsgas beaufschlagt worden ist, mit dem Hochfrequenzfeld durchstrahlt. Über die Mikrowellenempfängereinheit 6, 7, 8 und 9 wird die Feldstärke der ankommenden UHF-SchwingungenA GUNN oscillator 2 generates high frequency oscillations (about 10 GHz). The GUNN-Os zi Hat or 2 is connected via an insulator 3 and a variable attenuator 4 to a transmitter antenna which emits the high frequency field. After irradiation of the rock sample 1, the now damped high-frequency field is received by the receiver antenna 6 and fed to the evaluation unit 9 via a detector 7 and an amplifier 8. The transmitter antenna 5 and the receiver antenna 6 are located on a carriage 10, which can be displaced on guides 11 along the sample for accurate local and temporal registration of the flow conditions in the rock sample. This is the prerequisite for an investigation into the dynamic change of saturation. To carry out the method according to the invention, the sample, which has been subjected first to water and then to the test gas, is irradiated with the high-frequency field. About the microwave receiver unit 6, 7, 8 and 9, the field strength of the incoming UHF oscillations

„4- 225336"4- 225336

registriert. Bei Gesteinsproben mit unbekannter Dämpfungscharakteristik wird anschließend die Probe entfernt und durch Drosselung am veränderlichen Dämpfungsglied die Feldstärke so eingestellt, daß sie der gemessenen Feldstärke bei Durchstrahlung der Gesteinsprobe entspricht. Durch diese Einstellung kann die άμΓοη die Gesteinsprobe verursachte Dämpfung der Feldstärke exakt ermittelt werden. Dieser Vergleich ist bei allen weiteren Messungen zu wiederholen. Auf diese Weise wird der Dämpfungsverlauf örtlich und/oder zeitlich über die gesamte Probe festgestellt. Aus dem meßtechnisch erfaßten Dämpfungsverlauf lassen sich exakte Rückschlüsse auf die Sättigungsverhältnisse in der Probe ziehen, z.B. wird durch plötzliche Änderung der Dämpfung der Phasenwechsel Gas/Wasser und damit der Verlauf der Verdrängungsfront angezeigt. Bei bekannten Gesteinsproben, für die bei vorangegangenen Messungen bereits eine Eichkurve ermittelt worden ist, entfällt die nachträgliche Einstellung der gemessenen Feldstärke am veränderlichen Dämpfungsglied 4. In diesem Fall kann anhand der ermittelten Feldstärke sofort auf die Sättigungsverhältnisse in der Probe geschlossen werden.registered. In the case of rock samples with unknown damping characteristics, the sample is subsequently removed and the field strength set by throttling on the variable attenuator so that it corresponds to the measured field strength when the rock sample is irradiated. By this setting, the attenuation of the field strength caused GestμΓοη the rock sample can be determined exactly. This comparison should be repeated for all further measurements. In this way, the attenuation profile is determined locally and / or over time over the entire sample. It is possible to draw exact conclusions about the saturation conditions in the sample from the attenuation profile recorded by measurement technique, e.g. is indicated by a sudden change in the damping of the phase changes gas / water and thus the course of the displacement front. In the case of known rock samples for which a calibration curve has already been determined in previous measurements, the subsequent setting of the measured field strength on the variable attenuator 4 is omitted. In this case, the saturation conditions in the sample can be immediately deduced on the basis of the determined field strength.

Claims

225336 Invention claims

1. A method for determining saturation'a porous rock samples, which are subjected to a two-phase system (gas / y / asser), wherein the sample is first traversed by water and then by a test gas, characterized in that for determining the temporal and / or local Saturation ratios of the rock sample these radiate from a high frequency field in the microwave range * and the attenuation of the field strength is used as a measure of the saturation of the sample, in such a way that the bed! Radiation of the unknown rock sample measured field strength after .Removal of the rock sample from the high frequency field can be reproduced by throttling the variable attenuator and thereby exactly the attenuation caused by the sample can be determined, with a sudden change of the "damping behavior of the sample can clearly identify the course of the displacement front.

2, device for carrying out the method according to item 1, characterized in that the rock sample (1) with an epoxy resin jacket (19) and two adapters (16) is provided, of which the located on the feed side via a switch (14-) with the liquid pump with Heßeinrichtung (17) and the examination gas container (12) connected. and the adapter (16) is coupled on the outflow side with a gas flow meter (18) and a Flüssigkeitsvolumenaesser (17), and to the transmitter antenna (5) the transmission system consisting of variable attenuator (A), insulator (3) and GUNN Oscillator (2) and to the receiver antenna (6), the receiving system consisting of detector (7), amplifier (8) and evaluation unit (9) is connected.