DE3627966A1 - Verfahren und vorrichtung zur phasenverteilungsmessung an unverfestigten schuettguetern oder verfestigten geologischen kernen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur phasenverteilungsmessung an unverfestigten schuettguetern oder verfestigten geologischen kernenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Messung der Phasenverteilung und -strömung von
Gas/Öl und Wasser in Speichergesteinen unter in situ-
Bedingungen mit hohem Auflösungsvermögen.
Die seit längerer Zeit bekannten technischen Lösungen zur
laborativen Sättigungsmessung in porösen Stoffen, wie
elektrische Widerstandsmessungen, radioaktive Markierung und
Massebilanzvergleich der ein- und ausströmenden Fluida
wurden durch das Radar-Meßverfahren nach DD-WP GO1N 22/00,
WP 1 54 639 abgelöst. Diesem Verfahren einschließlich Vorrichtung
haften mehrere Nachteile an, die einer Nutzung
für Messungen an Gesteinsproben aus geologischen Formationen
und vergleichbaren porösen Stoffen entgegenstehen.
Die Frequenzabhängigkeit der dissipativen Komponente ε″
innerhalb der Dielektrizitätskonstante ε für Wasser nach
Fig. 1 zwingt zur starren Festlegung auf eine Radarfrequenz
im GHz-Bereich für alle Messungen. Damit ist die Vergleichbarkeit
und Reproduzierbarkeit von Sättigungsmessungen bei
verschiedenen Radarfrequenzen, deren Wahl durch verschiedene
Faktoren des porösen Stoffes, wie beispielsweise Probengeometrie
und petrophysikalisch-lithologische Charakteristik
bestimmt wird, nicht möglich. Die Meßgenauigkeit bleibt
nicht konstant, sondern wird frequenzabhängig.
Das Radar-Meßverfahren zielt auf die Bestimmung des Phasensprunges
hin, also auf scharfe Kontaktflächen bzw. Fronten
zwischen Gas und Wasser. Seine Anwendung ist nicht für
gleitende Phasenverteilungen Gas - Wasser sowie für das
System Öl - Wasser und Gas/Öl - Wasser geeignet. Damit beschränkt
sich die Verfahrensnutzung nur auf frontale
Verdrängungsprozesse der Gas-Wasser-Strömung. Die allgemeine
Anwendung zum Erkennen jeder beliebigen Phasenverteilung
im porösen Stoff, zumal unabhängig von der Art der nichtwäßrigen
Phase, ist nicht gegeben.
Die bekannte Lösung verlangt die Messung am porösen Stoff
unter Normalbedingungen. Die Umhüllung des Probekörpers
mittels Epoxidharzmantel ermöglicht nicht, Sättigungen
wie Phasenverteilungen unter in situ-Bedingungen geologischer
Formationen vorzunehmen. Die unter Normalbedingungen
(Atmosphärendruck, Raumtemperatur) erhaltenen Meßergebnisse
lassen sich nicht auf die Formationsbedingungen in der
Tiefe mit hohem Druck und hoher Temperatur übertragen, so daß
das Verfahren für Untersuchungen unter geologisch definierten
Bedingungen nicht geeignet ist.
Die zwangsläufige Nutzung von Hornstrahlern als Sende- und
Empfängerelement läßt kein hohes lokales Auflösevermögen
an der Meßprobe des porösen Stoffes zu, weil die Abmessungen
der Hornstrahler nicht beliebig verkleinerbar sind, im
allgemeinen zwischen 5 und 10 cm liegen. Damit sind nur
grobe Sättigungsmessungen durchführbar, deren Ungenauigkeiten
in den meisten Anwendungsfällen nicht vertretbar sind.
Außerdem existiert ein enger Zusammenhang zwischen Hornstrahlerabmessung
und Radarfrequenz, so daß eine unerwünschte
Rückwirkung von der obengenannten Meßfrequenz (ε″-Problematik)
auf die Konstruktion der Meßvorrichtung gegeben ist.
Die Verbindung zwischen Hornstrahler und Sendeeinheit durch
elektrische Leitungen, deren Länge sich durch die örtliche
Verschiebung des Hornstrahlers längs der Meßprobe ständig
ändert, beeinflußt das Mikrowellenfeld als Wirkung zusätzlicher
variabler Antennen so stark, daß in vielen Anwendungsfällen
die Meßergebnisse nicht eindeutig auswertbar sind.
Die räumliche Trennung zwischen Hornstrahler und Radarsender
ist ein schwerer und nicht überwindbarer Nachteil der bekannten
Lösung.
Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Meßverfahrens
und einer labortechnischen Vorrichtung zur Messung der
Phasenverteilung und -strömung vornehmlich von Gas/Öl und
Wasser in Speichergesteinen unter in situ-Bedingungen
bei Vermeidung der vorgenannten Verfahrensnachteile.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine labortechnische Vorrichtung zu schaffen, mittels deren
wichtige Parameter der Phasenvoluminaverteilung, des Mobilitätsverhaltens,
des Blockierungszustandes und der strömungsmechanischen
Leitfähigkeit für geologische Vorratsbestimmungen
bzw. Abbau- und Speicherentwicklungen und ähnliche geologische
Aufgaben unter in situ-Bedingungen an verfestigten Speichergesteins-
oder unverfestigten Schüttgutproben bestimmt
werden können.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das mit
den Phasen angefüllte oder durchströmte Speichergestein bzw.
Schüttgut in ein VHF-Feld gebracht wird, das durch eine in
den Abmessungen an den Untersuchungsfall anpaßbare ortsveränderliche
Ringelektrode mit integriertem Schwingkreis, der
direkt auf der Elektrode sitzt, realisiert wird. Die Phasenfüllung
und -strömung wird im genannten VHF-Feld unter
Ausnutzung der konstanten dispersiven Komponente ε′ (Fig. 1)
bestimmt.
In diesem Frequenzbereich wurde eine hohe Meßgenauigkeit,
Vergleichbarkeit und Reproduzierbarkeit der Messungen erkannt.
Die gemessenen Frequenzänderungen beim Durchströmen
von Gesteinsproben mit verschiedenen Phasen wie Wasser,
Gas oder Öl sind Parameter zur Bestimmung der Phasenverteilung
und/oder -strömung (Fig. 2). Es wurde überraschend
eine lineare Abhängigkeit zwischen der Phasenverteilungs-
und Frequenzänderung gefunden.
Die in der Ausführung zweigeteilte Ringelektrode ermöglicht
eine bedeutende Genauigkeitserhöhung der Meßergebnisse durch
den Wegfall von störenden Zuleitungen zwischen Schwingkreis
und Elektrode.
Zur Realisierung der in situ-Bedingungen (Überlagerungs-
und/oder Durchströmungsdruck bis 12 MPa, Temperatur bis 80°C)
bei der Untersuchung von Gesteinskernen aus geologischen
Formationen wird das Probenmaterial in einen Mehrhüllen-
Kernhalter (Fig. 3) eingebaut. Auf letzterem wird die Ringelektrode
mit aufsitzendem Oszillator zur Erfassung der Meßwerte
über die gesamte Probenlänge bewegt. Trotz vorheriger
Bedenken über die Schwächung des elektromagnetischen Feldes
bis zu dessen Unwirksamkeit, wurde eine unverminderte Empfindlichkeit
und Genauigkeit des angewandten Verfahrens und der
Vorrichtung zur Bestimmung der Ausbreitung der die Kerne
oder das Schüttgut durchströmenden bzw. auch ruhenden Phasen
erzielt.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren, bei denen bereits
unter Normalbedingungen kein hohes Auflösevermögen für
Phasenverteilungen verfahrens- und vorrichtungsbedingt erreicht
werden, wird erfindungsgemäß selbst unter Berücksichtigung
geologisch definierter in situ-Bedingungen (Druck,
Temperatur) ein hohes lokales Auflösevermögen an den Meßproben
erzielt, wodurch die Phasenvoluminaanordnung in
ihnen genau erkannt werden kann. Die nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren ermittelten Werte erlauben eine zuverlässige
Deutung der Phasenverteilung und -strömung unter geologisch
definierten Bedingungen.
Die Fig. 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau der apparatetechnischen
Vorrichtung zur Ausbildung des VHF-Feldes in einem
Speichergesteinskern mit deutlicher Phasengrenze zwischen
wasser- und gasgefülltem Porenraum.
Das mit den strömenden oder ruhenden Phasen 6, 7 gefüllte
Speichergestein oder Schüttgut 1 wird von dem nichtmetallischen
Druckmantel 8 umgeben, auf dem die zweigeteilte Ringelektrode 3
verschiebbar ist. Zwischen den Platten der Ringelektrode 3,
durch die Probenhülle 2, bestehend aus Polyvynilchlorid und
das Druckgefäß 8 wird das VHF-Feld im Speichergestein bzw.
Schüttgut 1, das durch die Phasenein- und Phasenaustrittsöffnung
10 begrenzt wird, aufgebaut, das vom Oszillator 4
mit Stromversorgung 11 erzeugt und dessen Frequenz durch die
Phasenverteilung im Speichergestein bzw. Schüttgut
verändert wird. Die Frequenzveränderung infolge der dispersiven
Komponente ε′ wird im Frequenzzähler 5 angezeigt. Sie ist das
Maß für die Phasenverteilung im Speichergestein am Querschnitt
des von der Ringelektrode erfaßten Speichergesteins.
Der Raum zwischen dem Druckgefäß 8 und der Probenhülle 2
wird mit einem Druck- und Temperaturmedium 9 beaufschlagt.
- Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
1 Speichergestein bzw. Schüttgut
2 Probenhülle aus PVC
3 zweigeteilte Ringelektrode
4 Oszillator
5 Frequenzzähler
6 Probe mit Wasserphase
7 Probe mit Gasphase
8 Druckgefäß
9 Druckmedium
10 Phasenein- und Phasenaustrittsöffnung
11 Stromversorgung
Claims (2)
1. Verfahren zur Messung der Phasenverteilung und/oder
Sättigung von Gas/Öl und Wasser im verfestigten Speichergestein
oder unverfestigten Schüttgut unter Normal- oder
geologischen in situ-Bedingungen, worin entweder die
Phasen unter gleichbleibender Verteilung ruhen oder die
Sättigung sich während des simultanen Strömungsprozesses
der Phasen laufend verändert, dadurch gekennzeichnet, daß
die in situ-Begleitung durch mehrfache Umhüllung, Druckbeaufschlagung
und Aufheizung des Speichergesteins bzw.
des Schüttgutes erreicht werden, daß zur Gewinnung von
Aussagen zur Vorratsverteilung, zum Abbaugrad, zu Mobilitätsverhältnissen
und zum Blockierungsgrad der Phasen
die Phasenverteilung im angelegten VHF-Feld über die
Frequenzänderung in einem definierten Meßquerschnitt gemessen
wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
insbesondere in labortechnischen Einrichtungen, dadurch
gekennzeichnet, daß das Speichergestein bzw. Schüttgut (1)
mit den ruhenden oder strömenden Phasen (6-7) von
einer Probenhülle aus Polyvynilchlorid (2) und dem Druckgefäß (8) ummantelt ist,
daß der zwischen Probenhülle (2) und Druckgefäß (8) bestehende Raum mit dem Druck- bzw. Aufheizmedium (9) beaufschlagt ist,
daß zur Erzeugung eines VHF-Feldes eine zweigeteilte bewegliche Ringelektrode (3) mit Oszillator (4) außen am Druckgefäß (8) angeordnet ist, daß die durch die Phasenverteilung hervorgerufene charakteristische Frequenzänderung als Meßzahl der Phasenverteilung bzw. Sättigung im nachgeordneten Frequenzzähler (5) ablesbar ist.
daß der zwischen Probenhülle (2) und Druckgefäß (8) bestehende Raum mit dem Druck- bzw. Aufheizmedium (9) beaufschlagt ist,
daß zur Erzeugung eines VHF-Feldes eine zweigeteilte bewegliche Ringelektrode (3) mit Oszillator (4) außen am Druckgefäß (8) angeordnet ist, daß die durch die Phasenverteilung hervorgerufene charakteristische Frequenzänderung als Meßzahl der Phasenverteilung bzw. Sättigung im nachgeordneten Frequenzzähler (5) ablesbar ist.
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DD28689086 | 1986-02-07 |
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Also Published As
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