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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Bestimmung verschiedener physikalischer Parameter von porösen Materialproben
in Anwesenheit von zwei- oder dreiphasigen Fluiden.
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Das
Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung eignen sich
zum Beispiel zum Testen von geologischen Proben und zum Bestimmen
verschiedener Parameter, wie etwa dem Kapillardruck von Gestein
in Drainage- oder Tränkungsphasen,
deren Benetzbarkeitsindex, deren relative Durchlässigkeit, deren Festigkeitsindex
usw.
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Die
Vorrichtung gemäß der Erfindung
findet vor allem im Erdölbereich
Anwendungen, um die Merkmale von Gestein zu bestimmen, die aus den Formationen
entnommen wurden, die Kohlenwasserstoffe enthalten oder wahrscheinlich
enthalten.
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Die
Vorrichtung findet zum Beispiel auch Anwendungen im Tiefbau, um
die Hydrologie von Böden
zu erstellen, um zum Beispiel den Grad ihrer Belastung zu bewerten,
oder auch im Hochbau, um Baumaterialien zu testen, um zum Beispiel
vor allem über
Feuchtigkeitsschutzbehandlungen zu entscheiden.
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Um
die Verteilung von Öl-
und Gasvolumen in einer Lagerstätte
oder einer wasserführenden Schicht
zu bestimmen, ist es notwenig, an jedem Punkt die Sättigungswerte
zu kennen, die von Parametern, wie etwa der Benetzbarkeit und der
Grenzflächenspannung
abhängen.
Hierfür
wird die Benetzbarkeit des Gesteins gegenüber Wasser und Öl bestimmt,
die darin enthalten sein können.
Zu diesem Zweck müssen
Drainagevorgänge
des Gesteins vorgenommen werden, das heißt eine Verdrängung der Fluide,
die darauf abzielen, die Wassersättigung
zu verringern, gefolgt von Tränkungsvorgängen, wobei mit
diesem Begriff eine Verdrängung
von Fluiden bezeichnet wird, die es ermöglicht, die Wassersättigung (Sw)
des Gesteins zu erhöhen.
Der Kapillardruck an einem Punkt eines porösen Materials, das zwei Fluide
in kontinuierlicher Phase enthält,
wobei das eine nicht netzend und das andere netzend ist, wie zum Beispiel
etwa Öl
und Wasser, wird bekanntermaßen als
die Differenz Pc im Gleichgewicht zwischen dem Druck P(Öl) des Öls und dem
Druck P(Wasser) des Wassers definiert.
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Um
diese Drainage- und Tränkungsvorgänge im Labor
erfolgreich durchzuführen,
werden verschieden Typen von Zweiphasenmessvorrichtungen verwendet.
Die Probestäbe
werden im Allgemeinen in einer Zelle platziert. An ihren gegenüberliegenden Enden
umfasst diese Zelle zwei Ansätze,
die mit Mitteln zum Aufbau einer Verdrängung von Flüssigkeiten
unter Druck durch die getestete Probe hindurch kommunizieren. Messmittel
werden an verschiedenen Orten entlang des Stabs platziert, um verschiedene
Parameter zu messen: Drücke,
lokale Sättigungen,
die mittels Gammametrie oder Tomographie gemessen werden, elektrischer
Widerstand usw. Der Probenstab kann im Innern einer Einschlusshülse aus
Elastomer platziert werden, die durch die Einleitung von Fluid unter
Druck komprimiert ist.
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Verschiedene
Zweiphasenmessvorrichtungen für
physikalische Parameter von porösen
Feststoffproben werden zum Beispiel in den Patentanmeldungen
FR2708742 ,
FR2724760 oder
FR2728684 des Anmelders oder auch
in den US-Patentschriften
US
4,868,751 ,
4,506,542 oder
5,069,065 beschrieben.
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Das
Messsystem gemäß der Erfindung
ist geeignet, um Messungen an Materialproben auszuführen, indem
durch sie sowohl zweiphasige Fluide, die zum Beispiel aus einer
netzenden Flüssigkeit,
wie zum Beispiel Wasser, einer nicht netzenden Flüssigkeit,
wie zum Beispiel Öl
bestehen, als auch dreiphasige Fluide verdrängt werden, wobei diese Flüssigkeiten
mit einem Gas vervollständigt
werden.
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Die
verbesserte Kenntnis verschiedener charakteristischer Gesteinsparameter
und zum Beispiel vor allem ihre Benetzbarkeit, zu denen diese Verdrängungsversuche
im Labor von dreiphasigen Fluiden verhelfen, ermöglicht es vor allem auf optimale
Weise die Natur der Fluide, wie etwa Wasser und Gas zu bestimmen,
die in eine erdölführende Formation
einzuleiten sind, um im Rahmen von unterstützten Rückgewinnungsarbeiten die Abflüsse zu drainieren,
die sie enthält.
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Die
Vorrichtung gemäß der Erfindung
umfasst eine Einschlusszelle für
eine Probe, die durch einen starren röhrenförmigen Stutzen und zwei Ansätze an dessen
zwei gegenüberliegenden
Enden begrenzt ist, Befestigungsmittel für jeden Ansatz an dem röhrenförmigen Stutzen,
eine elastische Hülse im
Innern der Zelle, wo man die Probe platziert, wobei die beiden Ansätze mit
einem Endbereich, welcher geeignet ist, im Innern der Hülse an deren
gegenüberliegenden
Enden einzugreifen, und mit Kanälen,
welche mit Mitteln zum Erhalten einer Verdrängung von Fluiden unter Druck
durch die Probe hindurch kommunizieren, und mit Druckmitteln zum
plattieren der Hülse
radial gegen die Probe versehen sind.
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Sie
ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder Ansatz einen abnehmbaren
Deckel mit kleinerem Querschnitt als dem besagten Endabschnitt jedes Ansatzes
umfasst, welcher es im Betrieb, wenn die Hülse mittels der Druckmittel
gegen die Probe plattiert ist, ermöglicht, auf die gegenüberliegenden
Enden der Probe zuzugreifen.
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Ein
anderes Merkmal der Vorrichtung beruht darauf, dass jeder röhrenförmige Bereich
mindestens ein radiales Verlängerungsstück umfasst,
das mit einer radialen Bohrung versehen ist, und Mittel zum Aufbauen
einer Verbindung durch diese Verlängerung zwischen dem Innern
der elastischen Hülse
und einer Gasversorgungseinrichtung.
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Ein
anderes Merkmal der Vorrichtung beruht darauf, dass die Mittel zum
Erhalten einer Verdrängung
der Fluide unter Druck durch die Probe zwei dünne Rohre, welche durch die
beiden Ansätze
hindurch jeweils mit den beiden gegenüberliegenden Enden der Probe
verbunden sind, um die besagten zwei Phasen, welche aus der Probe
heraus verdrängt worden
sind, aufzufangen, Mittel zum Einleiten dieser beiden Phasen, welche
jeweils mit den beiden gegenüberliegenden
Enden der Probe kommunizieren, umfassend eine Pumpe und eine Einleitungskolonne,
umfassen, und darauf, dass die Gaszufuhreinrichtung einen ersten
Kreislauf umfasst, welcher mit Steuerungsmitteln versehen ist, um
Gas unter geregeltem Druck den beiden gegenüberliegenden Enden der beiden
dünnen
Rohre zuzuführen,
und ein zweiter Kreislauf, welcher mit Regelungsmitteln versehen
ist, für
die Anwendung von Gas unter Druck auf die Einleitungskolonne, um
eine der Fluidphasen in das Innere der Einschlusszelle einzuleiten,
und Mittel zum Messen der Druckdifferenzen zwischen verschiedenen
Phasen.
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Ein
anderes Merkmal der Vorrichtung beruht darauf, dass die Gaszufuhreinrichtung
eine dritte Schaltung umfasst, welche mit Steuerungsmitteln versehen
ist, um Gas in die Einschlusszelle durch mindestens ein radiales
Verlange rungsstück
hindurch einzuleiten, für
Messungen im Zusammenhang mit dreiphasigen Fluiden, die Mittel zum
Messen von Druckdifferenzen zwischen den Phasen umfassen einen Druckdifferenzaufnehmer
und Mehrwegeregelungsmittel, um den besagten Aufnehmer selektiv
mit zwei der drei Kreisläufe
zu verbinden.
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Ein
anderes Merkmal der Vorrichtung beruht darauf, dass die Gasversorgungseinheit
außerdem ein
Steuerungselement für
den Einleitungsdruck und einen Flüssigkeit enthaltenden Sättiger umfasst.
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Ein
anderes Merkmal der Vorrichtung beruht darauf, dass sie eine Behandlungseinrichtung
umfasst, um die Zirkulation der verschiedenen Phasen durch die Proben
und die verschiedenen Kreisläufe hindurch
zu koordinieren.
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Ein
anderes Merkmal der Vorrichtung beruht darauf, dass sie semipermeable
Membranen umfasst, welche zwischen mindestens einem der Ansätze und
einem der Enden der Probe angeordnet sind.
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Die
Erfindung richtet sich auch auf ein Verfahren zum Untersuchen einer
mehr oder weniger porösen
Materialprobe, mit dem Ziel, verschiedene physikalische Parameter
in Bezug auf ein netzendes Fluid, ein nicht netzendes Fluid und
ein Gas zu bestimmen, umfassend die Verwendung einer Einschlusszelle,
wie oben definiert, die die Durchführung von Drainageschritten
des netzenden Fluids mittels des nicht netzenden Fluids umfasst,
bis eine nicht reduzierbare Sättigung
erreicht wird, gefolgt von Schritten der Tränkung mit netzendem Fluid bis
zum Erreichen eines vorgegebenen Sättigungsgrads, dadurch gekennzeichnet,
dass es eine Erhöhung
des Drucks der nicht netzenden Flüssigkeit mit Beibehaltung des erreichten
Sättigungsgrads,
bis ein vorgegebener Kapillardruck erreicht wird, und eine Gaseinleitung mittels
sukzessiver Schritte umfasst, um eine Verdrängung des nicht netzenden Fluids
durch das Gas in Anwesenheit des netzenden Fluids zu erreichen.
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Die
Vorrichtung gemäß der Erfindung
und deren Ausführungsverfahren
sind in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft:
- – Der Übergang
von zweiphasigen Fluidverdrängungsvorgängen zu
dreiphasigen Fluidverdrängungen
wird durch das Vorhandensein der ohne Zerlegen der Zelle abnehmbaren
Deckel erleichtert, die es ermöglichen,
die Funktion der semipermeablen Membranen von Fall zu Fall zu verändern.
- – Die
Verteilungskreisläufe
und die Regelungsventile ermöglichen
Zweiphasen- ebenso wie Dreiphasen-Messvorgänge. Dies gilt vor allem für das Gas,
das entweder zur Einleitungskolonne zum Verdrängen des Öls oder direkt zu den äußeren Einlässen geleitet
werden kann, um im Rahmen von Dreiphasen-Messvorgängen in
die Probe eingeleitet zu werden.
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Andere
Merkmale und Vorteile des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung
werden beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen
deutlich werden, die als nicht beschränkende Beispiele unter Bezugnahme
auf die angefügten
Zeichnungen beschrieben werden, worin:
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1 die
Zelle zur Realisation der Zirkulation der zwei- oder dreiphasigen
Fluide durch eine Probe zeigt;
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2 die
Verteilungskreisläufe
der Fluide zeigt, die mit der Zelle assoziiert sind;
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3 ein
Ablaufdiagramm des Steuerungssystems ist; und
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4 Variationskurven
des Kapillardrucks in Abhängigkeit
von der Sättigung
einer Probe mit netzendem Fluid im Rahmen von Verdrängungsvorgängen von
dreiphasigen Fluiden zeigt.
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Die
Vorrichtung ist geeignet, Messungen an mehr oder weniger porösen Materialproben
auszuführen,
vor allem an Gesteinsproben, die man in eine Einschlusszelle platziert,
entsprechend derjenigen, die in der zuvor zitierten Patentanmeldung
FR2728684 ausführlich definiert
und dargestellt ist.
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Gemäß der Ausführungsform
aus 1 umfasst die Vorrichtung einen röhrenförmigen Anschlussstutzen 1,
der mit zwei zylindrischen Hohlräumen 2, 3 auf
beiden Seiten einer zentralen Kröpfung 4 versehen
ist. Der Stutzen umfasst zum Beispiel zwei radiale Verlängerungsstücke 5,
wobei das eine die Verlänge rung
des andern bildet, die jeweils mit einer zentralen Bohrung 6 versehen
sind, in der der Ansatz 7 eines Rohrs 8 festgeschraubt
werden kann. Dieser radiale Ansatz 7 umfasst zum Beispiel
ein Nadelventil 9. Es kann durch Drehen eines Rings 10 betätigt werden
und dadurch den Beginn der Kommunikation mit dem Rohr 8 regeln.
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Die
Vorrichtung umfasst auch zwei Endanschlagringe 11, die
jeweils mit einer röhrenförmigen Verlängerung 12 versehen
sind, die geeignet ist, in die Hohlräume 2, 3 jedes
Anschlussstutzens 1 eingepasst zu werden. An jedem Ende
umfasst die Vorrichtung einen Anschluss 13, 14,
der von zwei Kanälen 15A, 15B, 16A, 16B durchquert
wird, über
die Rohrleitungen 17, 18 verbunden werden können, die
mit Fluidkreisläufen
verbunden sind (wie im Folgenden beschrieben).
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Zwischen
die zu testende Probe S und die beiden Anschlüsse 13, 14 können gegebenenfalls semipermeable
Membranen 17, 18 mit variabler Dicke eingefügt werden.
Diese Membranen sind gegen die poröse Probe 1 plattiert,
um eine gute Kapillarkontiniuität
zu gewährleisten.
Sie werden in Abhängigkeit
von den zu verdrängenden
Fluiden im Innern der Probe ausgewählt.
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Auf
jedem Ansatz ist ein Gewindering 19 fixiert, der geeignet
ist, auf einen Endanschlagring 11 geschraubt zu werden,
damit jeder der Ansätze 13, 14 auf
eine Endseite der Probe S gestützt
werden kann. Ein anderer Gewindering 20, der drehfest mit jedem
Endanschlagring verbunden ist, ermöglicht die Einpassung der röhrenförmigen Verlängerungen 12 der
Anschlagringe 11 bis zum Boden der Hohlräume in dem
Stutzen 1.
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Um
einen radialen Druck auf die Probe S auszuüben, platziert man diese in
eine elastische Hülse 21.
Jeder der Ansätze 13, 14 umfasst
einen kegelstumpfförmigen
Endbereich, welcher geeignet ist, um unter der Hülse an jeder ihrer Enden einzugreifen,
um mit ihr eine Einschlusszelle zu begrenzen. Durch eine Öffnung (nicht
dargestellt) wird der ringförmige
Raum um die Hülse 21 mit
PQ-Mitteln in Kommunikation gebracht, die ein Fluid unter Druck zuführen. Der
Ansatz 7, der an jedem radialen Verlängerungsstück 5 entlang seiner
Achse fixiert ist, umfasst ein Gehäuse für ein starre Ringöse 23,
die durch die Hülse 21 gequetscht
ist, um die Probe S im Innern mit der Rohrleitung 8 in
Kommunikation zu bringen.
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Die
beiden Ansätze 13, 14 sind
jeweils entlang ihrer Längsachse
mit einem abnehmbaren Deckel 24 versehen, der nach Belieben
entfernt werden kann, um die Enden der Probe zu lösen. Jeder
Deckel 24 ist am entsprechenden Ansatz durch die Schrauben 24A fixiert.
Diese Anordnung erleichtert das Anbringen oder das Austauschen von
Membranen, das entweder notwendig werden kann, weil sie beim den
Handhabungen beim Installieren an den Enden der Probe gelitten haben,
oder aufgrund von Erfordernissen der ausgeführten Versuche, wie in der Funktionsbeschreibung
gezeigt werden wird.
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Die
Probe bleibt an Ort und Stelle, immobilisiert durch die Hülse, die
sie einschließt
und dem radialen Druck aussetzt. Die laufenden Versuche werden praktisch
nicht gestört.
Das ist vor allem dann nützlich,
wenn die Zelle, die die Probe enthält, auf den Tomographen oder
in ein Gammameter transportiert werden muss, um die lokalen Sättigungen
der Probe zu bestimmen. Die Markierungen der exakten Position, die
mit den verschiedenen Bildern assoziiert werden, die von diesen
Geräten
geliefert werden, bleiben gültig,
was Vergleiche erleichtert und es daher ermöglicht, die Veränderungen
der Bilder im Laufe der Fluidverdrängungsprozesse zu verfolgen.
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Der
erste Kanal 15A durch den Ansatz 13 kommuniziert
mit einer Rohrleitung 25, die an einem ersten Ende mit
einem ersten Einlass mit zwei Dreiwegventilen 26, 27,
und an ihrem anderen Ende mit einer Einleitungskolonne 28 für ein nicht
netzendes Fluid, wie etwa Öl,
mittels eines Ventils 29 verbunden ist. Der zweite Kanal 15B durch
den Ansatz 13 kommuniziert mit einer Rohrleitung 30,
die mittels eines Gasnachweisgeräts 31 zum
Beispiel vom optoelektronischen Typs verbunden ist, und mit einem
Ventil 32, das mit einem ersten Ende eines ersten Glasrohrs
oder einer Bürette 33,
deren Innendurchmesser kalibriert ist. Das Gasnachweisgerät 31 wird
verwendet, um gegebenenfalls Gasaustritte nachzuweisen.
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Der
erste Kanal 16B durch den gegenüberliegenden Ansatz 14 kommuniziert
mit einer Rohrleitung 34, die mittels eines Ventils 35 mit
einem ersten Ende einer zweiten Bürette oder Kolonne 36 verbunden
ist. Der zweite Kanal 16A kommuniziert mit einer Rohrleitung 37,
die mittels eines Ventils 38 mit einer Pumpe 39 verbunden
ist. Die Rohrleitung 37 ist auch mit einer Rohrleitung 40 mit
einem zweiten Einlass des Dreiwegeventils 27 verbunden.
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Die
gegenüberliegenden
Enden der beiden Büretten 33, 36 kommunizieren
jeweils mittels der zwei Ventile 41, 42, mit einer
Kapazität 43,
die Gas unter Druck enthält.
Die Drücke,
die in den beiden Büretten 33, 36 herrschen,
werden jeweils von zwei Aufnehmern 44, 45 gemessen,
die an ihren jeweiligen Basen angeordnet sind.
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Die
jeweiligen Höhen
der Fluide in den beiden Rohren 33, 36 werden
durch physikalische Aufnehmer eines bekannten Typs gemessen und
sind nicht dargestellt. Es ist daher leicht möglich, wenn der Innendurchmesser
der Glasrohre und die Dichte der Fluide bekannt ist, die Volumen
der gesammelten Fluide in Abhängigkeit
von der Zeit sowie die mittleren Sättigungen der Phasen in Abhängigkeit
vom Porenvolumen der Probe abzuleiten.
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Die
Vorrichtung umfasst Mittel zum Einleiten eines Gases unter geregeltem
Druck, die einen Gastank unter Druck 46 umfassen, einen
Druckregler 47, der Gas in Abhängigkeit eines Solldrucks einleitet,
einen Sättiger 48,
der Öl
und Wasser enthält,
durch den das Gas fließt,
das aus dem Regler 47 kommt.
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Der
Sättiger 48 ist
mittels eines Ventils 49A mit einer Rohrleitung 50 verbunden.
Diese versorgt das gegenüberliegende
Ende der Einspeisungskolonne 28 mit Gas und sie kommuniziert
mit einer Rohrleitung 52 mittels eines Ventils 51A.
Die Rohrleitung 52 ist einerseits mit einem zweiten Einlass
des Dreiwegeventils 26 und andererseits mit zwei Rohrleitungen 8 verbunden,
die jeweils durch ein Nadelventil 9 (1)
geregelt werden und mit den radialen Verlängerungen 5 verbunden
sind, die dem Anschlussstutzen 1 radial gegenüberliegen.
Die Rohrleitung 52 kann auch mit einer anderen Gasquelle
unter Druck (nicht dargestellt) mittels eines Ventils 51B in
Kommunikation gebracht werden. Ein Sicherheitsventil 49B ermöglicht es,
einen Abfall des Gasdrucks in der Rohrleitung 50 nach Bedarf
zu steuern.
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Ein
Schwimmer 53 aus Plastikmaterial, dessen Dichte etwas geringer
ist als jene des nicht netzenden Fluids, wird zwischen diesem und
dem Gas angeordnet. Es ermöglicht,
die Diffusion des Treibgases in das nicht netzende Fluid zu vermeiden.
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Die Öl- bzw.
Gasdrücke
in der Einleitungskolonne 28 werden von zwei Druckaufnehmern 54, 55 gemessen,
die jeweils mit deren gegenüberliegenden
Enden kommunizieren.
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Ein
Differenzaufnehmer 56 wird zwischen die jeweils dritten
Einlässe
der Dreiwegeventile 26, 27 platziert, um gemäß den Verteilungswegen
den Unterschied zwischen den Drücken
der beiden Fluide zu messen.
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Die
PQ-Mittel (1), die ein Fluid unter Druck
einleiten, umfassen (2) einen Öltank unter Druck 57,
ein Rückschlagventil 58 und
einen Druckaufnehmer 59.
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Durch
eine andere nicht dargestellte radiale Verlängerung, wie zum Beispiel die
Verlängerung 5 (vgl. 1),
wird die Wand der Probe mit einem Druckaufnehmer 60 in
Kommunikation gebracht.
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Die
Vorrichtung umfasst außerdem
(3) eine Behandlungseinrichtung, die einen programmierten
Mikrocomputer 61, eine Karte 62 zum Sammeln der
Druckmessungen, die von den verschiedenen Druckaufnehmern kontinuierlich
ausgeführt
werden, und eine Einrichtung 63 zum selektiven Steuern der
verschiedenen Ventile umfasst. Die mit dem Mikrocomputer 61 assoziierte
Software ist geeignet, die Prozesse, die nachfolgend beschrieben
werden, zu steuern.
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VOR JEDEM MESSZYKLUS
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Die
zylindrische poröse
Probe 5, die gewaschen, getrocknet und gewogen wurde, wird
in die Zelle im Innern einer Hülse 21 platziert,
und es wird ein Einschlussdruck auf diese angewendet. Die so präparierte
poröse
Probe wird in trockenem Zustand in einen Scanner mit zwei Intensitäten (nicht
dargestellt) übertragen.
Anschließend
wird er unter Vakuum in einem Trockenapparat mit dem netzenden Fluid
gesättigt,
das mit einem Salz beladen ist, das die Röntgen- oder Gammastrahlen absorbiert
und die Dichte nicht nennenswert verändert. Die Probe wird nach
der Sättigung
gewogen. Die Differenz zwischen dem Trockengewicht und dem gesättigten
Gewicht, geteilt durch die Dichte, ergibt den Wert des Porenvolumens
sowie die Porosität,
wenn die Abmessungen der Probe bekannt sind.
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Die
Kreisläufe 25 und 37 werden
mittels der Pumpe 39 mit Wasser gesättigt. Das Ventil 32,
das Gasnachweisgerät 31 und
die Nadelventile 9 sind geschlossen. Die Probe wird erneut
gescannt, um seine Porosität
sowie die maximale Sättigung
an netzendem Fluid zu bestimmen. Die Durchlässigkeit der Probe wird bestimmt,
indem Wasser mittels der Pumpe 57 eingeleitet wird und
indem die Drücke
mittels der Druckaufnehmer 59, 60 bei mehreren
Durchflussraten gemessen werden, um die Linearität der Darcy-Gleichung zu verifizieren.
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Die
Ansätze 13, 14 werden
demontiert, um dort die semipermeablen Membranen zu platzieren, die
sich für
das Experiment eignen. Für
die Dreiphasenfluidmessungen wird zum Beispiel neben den Ansatz 13 ein
Stapel aus semipermeablen Membranen platziert, die durch ihre kombinierten
Wirkungen das Öl
passieren lassen, aber das Wasser und das Gas aufhalten. Neben dem
Ansatz 14 werden Membranen platziert, die die Flüssigkeiten
passieren lassen, aber nicht das Gas.
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Die
Einleitungskolonne 28 ist mit nicht netzendem Fluid gefüllt. Der
Kreislauf 25, der Ansatz 13, die Ventile 29, 32,
das Gasnachweisgerät 31 und
die Bürette 33 sind
mit Öl
gesättigt.
Der Druckaufnehmer 54 misst den Einleitungsdruck des Fluids
während der
Drainage oder der Tränkung.
Der Druckaufnehmer 55 misst den Druck des Treibgases. Der
Kreislauf 37, der Ansatz 14, das Ventil 35 und
die Bürette 36 sind
mit Wasser gesättigt.
Die Druckaufnehmer 44, 45 messen die jeweiligen
Höhen in
den Büretten 36 und 33,
in denen das Wasser oder Öl
zurückgewonnen
wird, und daraus wird das Volumen jeder zurückgewonnenen Phase abgeleitet.
Der Differenzdruckaufnehmer 56 misst die Druckdifferenz
zwischen den verschiedenen Phasen: Öl-Wasser, Gas-Öl, Gas-Wasser, gemäß den ausgewählten Wegen.
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MESSZYKLEN
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Die
Vorrichtung ermöglicht
die Realisierung aller folgenden Vorgänge:
- – zweiphasige Öl-Wasser-Drainage,
- – zweiphasige
Wasser-Öl-Tränkung,
- – relative
Durchlässigkeiten,
- – dreiphasige
Gas-Öl-Wasser-Drainage
(mobil oder nicht reduzierbar),
- – dreiphasige
Wasser-Öl-Tränkung,
- – dreiphasige
relative Durchlässigkeiten.
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ZWEIPHASIGE MESSUNGEN
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DRAINAGE
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Die
zweiphasige Drainage der Probe wird durch die Verdrängung der
netzenden Phase durch die nicht netzende Phase über schrittweise erhöhte Druckstufen
erhalten. Die Zelle wird mit dem Ansatz 13 nach oben platziert,
um Absonderungswirkungen aufgrund der Schwerkraft zu vermeiden.
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Es
geht bei diesem Vorgang darum, die Kurve des Differenzdrucks zwischen
dem netzenden und dem nicht netzenden Fluid in Abhängigkeit
von der Sättigung
mit nicht netzendem Fluid zu zeichnen. Das Zweiwegeventil 26 ist
in Ölposition
und das Dreiwegeventil 27 in Wasserposition platziert.
Der von dem Druckaufnehmer 56 gemessene Differenzialdruck
wird die Druckdifferenz zwischen der netzenden und der nicht netzenden
Phase sein.
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Die
Ventile 38, 9, 32 sind geschlossen. Ein Gasdruck,
der mit dem Regler 47 angewendet und geregelt, mit dem
Druckaufnehmer 55 gemessen wird, schiebt den Schwimmer 28.
Das Öl,
das durch das Ventil 29, den Kreislauf 25, den
Ansatz 13 und die Membranen 17 läuft, verdrängt das
in der Probe enthaltene Wasser, das über den Ansatz 14 durch
die Membranen 18 abfließt, bis zu einem bestimmten
Volumen, das durch den Kapillardruck festgelegt ist. Die Abflüsse werden
in der Bürette 36 zurückgewonnen und
die Wasserhöhe
wird durch den Druckaufnehmer 45 gemessen. Der durch den
Aufnehmer 56 gemessene Differenzdruck wird durch ein Steuerungssystem
permanent konstant erhalten, das den Regler 47, den Austauscher 49,
die Ventile 49A, 49B und 51 umfasst.
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Wenn
eine Störung
auftritt: ein Druckabfall oder ein Überdruck zum Beispiel, ermöglicht es
das Ventil 35, die Bürette 36 zu
isolieren. Die Sammeleinrichtung 62, die von dem Mikrocomputer 61 gesteuert wird,
zeichnet zu vom Bediener ausgewählten
Zeitabschnitten die verschiedenen physikalischen Messungen auf:
Drücke,
Volumen, gegebenenfalls Anomalien. Wenn die Wasserproduktion aufhört, wird
die poröse
Probe gescannt, um die Sättigungen
der beiden Phasen zu bestimmen. Dann kann eine neue Druckstufe ermittelt
werden. Gas wird durch Steuerung des Ventils 51B eingeleitet.
Der Druck des Reglers 47 wird erneut angepasst, um eine
Gasdurchflussrate zu erhalten, die dem Beibehalten des neuen erwünschten
Differenzdrucks dient, der durch den Aufnehmer 56 gemessen
wird. Die schrittweisen Druckstufen werden gestoppt, wenn die hydrophilen Membranen
die Ölphase
passieren lassen.
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Bei
jeder Druckstufe zeigt der Mikrocomputer 61 auf dem Kontrollbildschirm
die Kurve Pc = f(Sättigung
an nicht netzendem Fluid) sowie die Kurven der relativen Durchlässigkeiten
an. Die erwünschte
und nicht reduzierbare Sättigung
wird für einen
gegebenen Kapillardruck erreicht.
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Die
Bestimmung der relativen Durchlässigkeiten
wird indirekt durch eine Analyse der Verdrängung eines Fluids durch ein
anderes erhalten.
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TRÄNKUNG
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Die
Tränkungsvorgänge können realisiert werden,
indem der Druck mittels des Ventils 51B durch regelmäßige Druckstufen
gesenkt wird, und indem verifiziert wird, dass die Sättigung
tatsächlich stabil
ist. Die Schritte sind analog zu jenen, die für die Drainage beschrieben
wurden.
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DREIPHASIGE VORGANGS
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DRAINAGE
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Die
Zelle wird an dreiphasige Vorgänge
angepasst, indem der Deckel 24 des Ansatzes 14 entfernt
wird, um eine oleophile Membran hinzuzufügen.
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Um
eine Kurve des Drainagekapillardrucks in Anwesenheit eines mobilen
oder nicht mobilen Wassers zu erhalten, müssen die folgenden Schritte realisiert
werden:
- – Sättigung
des porösen
Mediums mit Wasser,
- – Erstellen
der Kurve des Wasser-Öl-Drainage-Kapillardrucks
(3) bis zu einem Druck, der die erwünschte nicht
reduzierbare Sättigung
SWi ergibt,
- – Senken
des Drucks im Öl,
um eine erneute Tränkung
mit Wasser zu erhalten, bis zum Erhalt einer bestimmten Sättigung
mit Wasser Sw,
- – dreiphasige
Drainage, indem Gas durch die schrittweisen Druckstufen eingeleitet
wird, um das Öl
zu verdrängen.
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Der
Kapillardruck der dreiphasigen Drainage ist definiert durch Pc =
Pg – Po,
wobei Pg der Gasdruck und Po der Öldruck ist. Po wird durch die
Gleichung Po = Pw + fd(Sw) (1)ausgedrückt,
wobei
Pw der Wasserdruck (in der Praxis der Atmosphärendruck) und fd(Sw) die Öl/Wasser-Drainagekurve
ist, und nicht durch die Relation Po = Pw + fi(Sw), wobei fi(Sw)
die Tränkungskurve Öl/Wasser ist.
Dies beruht auf der Tatsache, dass, wenn die Probe in der Zelle
während
des Drainagevorgangs durch das Gas erneut unter Druck gesetzt wird,
die Zirkulation der beiden Fluide Öl und Wasser im Sinne einer Drainage
wieder hergestellt wird. Da am Ende der Tränkung der Kapillardruck jener
des Punkts A (4) war, sollte der Ölsdruck
erhöht
werden, um den an B repräsentativen
Punkt zu erreichen, bevor begonnen wird, Gas durch sukzessive Schritte
einzuleiten, um das Öl
zu verdrängen.
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Ein
wichtiges Merkmal des Verfahrens besteht darin, mit Beginn der Tränkung den
Druck zu erhöhen,
damit er sich in dem asymptotischen Bereich der Kurve Pc(So) befindet
(1). Der Wert dieses kritischen Drucks wird mit
Pc (Pression critique = kritischer Druck) bezeichnet. Der Wert des Öl/Wasser-Differenzdrucks
wird verifiziert. Wenn das Ventil 42 geschlossen ist, wird
die Gaskapazität 43 mit
der Ölbürette 33 verbunden.
Das Zweiwegeventil 26 ist auf seinen Gaseinlass und das
Dreiwegeventil 27 auf seinen Öleinlass positioniert.
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Die
Zelle, die die poröse
Probe enthält,
wird waagrecht platziert. Die Ventile 29, 38, 51B sind
geschlossen. Das Gas wird durch die seitlichen Inserts 5 (1),
die in dem Stutzen 1 in der Mitte der Zelle positioniert
sind, durch Öffnung
der Nadelventile 9 eingeleitet. Der Gasdruck wird durch
den Regler 47, die Ventile 49A, 49B geregelt,
und die Ventile 51A, 51B sind geöffnet. Die
für die
dreipha sige Drainage zu realisierenden Vorgänge sind mit jenen vergleichbar,
die für
eine zweiphasige Drainage definiert wurden, wobei das Gas das Öl ersetzt.
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TRÄNKUNG
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Um
eine Kurve des Tränkungskapillardrucks in
Anwesenheit einer Anfangssättigung
mit Gas zu erhalten, sind die beiden ersten Schritte mit jenen der Drainage
identisch. Die Öl-Wasser-Drainage
wird fortgesetzt, bis die nicht reduzierbare Sättigung mit Wasser erreicht
ist. Der Druck im Öl
wird dann bis auf den kritischen Druck gesenkt. Gas wird bei einem Druck
eingeleitet, der der erwünschten
Sättigung
mit Gas entspricht. Die Nadelventile 9 sind geschlossen, das
Zweiwegeventil 26 ist auf seinem Öleinlass und das Ventil 27 auf
seinem Wassereinlass positioniert. Der Öldruck wird bis zum entsprechenden
Druck der ersten Öl-Wasser-Drainage
erhöht.
Die Tränkung
erfolgt gleichfalls indem der Öldruck
verringert wird.