NO318494B1 - Fremgangsmate og anordning for a bedre gasstetningsvarigheten til halvgjennomtrengelige membraner - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte og anordning for forbedring av gasstetthetsvarigheten til halvgjennomtrengelige membraner som anvendes i en beholder som feks. en prøvecelle som kommuniserer med et hydraulikksystem som tillater fierfasetrykkfiuider å fortrenges gjennom prøven. Hydraulikksystemet omfatter hydraulikkkretser (11, 17), (13, 15),. fluidsepareringsbyretter (12, 14), pumper (OP, WP). og bryterinnretninger (V) som tillater fortrengning av fluider i prøven (drenering og oppsuging), samt midler for opprettelse, under faser av gassinjeksjon i prøven, av en sirkulasjon av fuktevæskene i kontakt med membranene for derved å holde dem væskemettet og således varig hindre gass fra å. strømme gjennom dem. Fremgangsmåten kan anvendes ved trefase-målinger feks. av geologiske prøver.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for bedring av gasstetthetsvarigheten til halvgjennomtrengelige membraner som anvendes ved fluidfor-flytning, og en anordning for utførelse av fremgangsmåten. Fremgangsmåten er særlig velegnet for membraner som kan inneslutte en gass som er injisert i en beholder så som en prøvecelle f.eks., i forbindelse med et flerfase-fluidforflytnings-system.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er særlig anvendbar ved måleopera-sjoner som er beregnet på å bestemme forskjellige fysiske parametre ved porøse prøver som plasseres i en celle i nærvær av tofase- eller trefasefluider.

Fra FR-A-2,731,073 er det kjent en anordning som gjør det mulig å teste f.eks. geologiske prøver og å bestemme forskjellige parametre så som kapillartrykket i bergarter under drenerings- eller oppsugingsfaser, fuktbarhetstallet, den relative permeabilitet, resistivitetsindeksen, etc. Prøven som skal testes plasseres i et stivt legeme, i en beholder som er sideveis avgrenset av en fleksibel kappe og ved sine to motsatte ender, av to endestykker. Kanaler i disse endestykker setter prøven, ved hjelp av halvgjennomtrengelige membraner, i forbindelse med fluid-sirkulasjonsinnretninger omfattende en pumpe som tilfører et første fluid (så som vann), en injeksjonskolonne for et andre fluid så som olje, to byretter som opptar fluidene som fortrenges ut av prøven og en mateanordning som er forbundet med ventiler, tilførselsgass som kan injiseres i beholderen for målinger med trefasefluider. Fordelingskretsene og styreventilene muliggjør tofase- så vel som trefasemå-lingsoperasjoner.

Under visse måleoperasjonsfaser i nærvær av trefasefluider med gassinjeksjon i velbestemte trinn i forholdsvis lange tidsperioder som kan vare flere dager, vil de halvgjennomtrengelige membraner som innledningsvis er tettet med væske, avmettes ganske hurtig, gassen bryte gjennom og akkumuleres i byrettene. Testene vil da måtte stoppes lenge nok for gjenmetting eller endring av membranene.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gjør det mulig å unngå ovennevnte ulemper. Den forbedrer gasstetthetsvarigheten til halvgjennomtrengelige membraner i en beholder som står i forbindelse med et flerfasefluidfortrengningssystem og omfatter minst en åpning som er utstyrt med en membran som kan fuktes av en viss væske.

Den er karakterisert ved at membranen holdes permanent mettet med en fuktevæske ved kontakt med en sirkulasjon av denne væske, for derved å opprettholde dens tetthet.

Ifølge en implementeringsmetode der beholderen er en prøvecelle beregnet på å teste et porøst materiale i nærvær av flerfasefluider f.eks., som omfatter minst en åpning i forbindelse med et væskesirkulasjonssystem og utstyrt med en membran som kan fuktes av en væske og en port i forbindelse med gassinjek-sjonsmidler, et fortrengningssystem som gjør det mulig å holde hver membran permanent mettet med fuktevæsken for å holde den hovedsakelig gasstett, blir benyttet.

Etter opprettelse av en slik væskesirkulasjon, blir det mulig å injisere gass i cellen uten at den tillates å unnslippe. Det blir således mulig å utføre gassinjeksjoner ved konstant trykk (injeksjonstrinn) i forholdsvis lang tid, f.eks. flere dager. Kjøring av langvarige operasjoner blir således forenklet.

Anordningen ifølge oppfinnelsen gjør det mulig å forbedre gasstetthetsvarigheten til halvgjennomtrengelige membraner som anvendes r en prøvecelle beregnet på å teste en prøve av et porøst materiale i nærvær av flerfasefluider, som avgrenses av minst en stiv, rørformet hylse og endestikker ved dens to motsatte ender, og kanaler som kommuniserer med et hydraulikksystem for å oppnå en trykkvæske-fortrengning gjennom prøven, trykkmidler for å trykke kappen radialt mot prøven, minst en halvgjennomtrengelig membran som kan fuktes av en væske, anordnet mellom minst ett av endestykkene og en ende av prøven, og midler for selektivt å sette kappens innside i forbindelse med en trykkgasskilde.

Anordningen omfatter midler i hydraulikksystemet beregnet på å opprette en sirkulasjon av fuktevæske i kontakt med hver membran for derved å opprettholde sistnevnte permanent mettet under faser av gassinjeksjon i prøven. Disse sirkulasjonsmidler omfatter f.eks. to kretser som er forbundet med hver sin av de to motsatte ender av prøven gjennom de to endestykker, som hver omfatter et finfase-separeringsrør, en væskesirkulasjonspumpe og brytermidler som er beregnet på selektivt å fortrenge væsker i prøven eller å opprette en sirkulasjon av væsken i kontakt med hver membran for å holde dem mettet.

Anordningen omfatter f.eks. trykk- og volum-målemidler, og et driftsapparat omfattende midler for mottak av målesignaler som avgis av målemidlene og en styreenhet som er beregnet på å koordinere sirkulasjonen av de forskjellige faser gjennom prøven eller i kontakt med membranene.

Ifølge en utføringsform omfatter anordningen midler for selektivt å påføre et overtrykk tii en av de to væsker under gassinjeksjonstrinnene ved et trykk under et kritisk trykk (Pc) av spontan oppsuging av prøven av den andre væske.

Andre trekk og fordeler ved fremgangsmåten og anordningen ifølge oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelse av et ikke-begrensende eksempel, med henvisning til den medfølgende figur som skjematisk viser anordningens utforming.

Anordningen omfatter (fig. 1) en langstrakt, stiv beholder 1, f.eks. sylindrisk, som kan være lukket ved motsatte ender ved hjelp av to løsbare deksler 2, 3. Feste- og tetningsmidler (ikke vist) gjør det mulig å feste dem til endene av beholderen. Prøven S som skal testes plasseres i en deformerbar kappe 4 og enheten innsettes i beholderen 1. De to deksler 2, 3 er innrettet til å innpasses i kappens 4 endedeler når de festes til beholderen 1. Ringrommet 5 rundt kappen 4 settes i forbindelse med en trykkgasskilde 6 gjennom en ledning 7. Det kan være en trykkgass-sylinder, en jekk eller en hydraulisk pumpe. Anvendelse av dette fluid gjør det mulig å plassere prøven som skal testes under et forutbestemt trykk.

Halvgjennomtrengelige membraner M1, M2 av variabel tykkelse er innsatt mellom prøven S som skal testes og de to endestykker 2, 3. Disse membraner trykkes mot den porøse prøve S for å gi god kapillar-kontinuitet. De er valgt som en funksjon av fluidene som skal fortrenges i prøven. Membranene M1 og M2 er f.eks. henholdsvis olje-fuktbare og vann-fuktbare.

Kanaler 8a, 8b på den ene side og 9a, 9b på den annen side, plassert parallelt med beholderens akse, trenger gjennom dekslene 2, 3. En ledning 10 som er forbundet med utløpet av en pumpe OP, fortrinnsvis av dobbeltvirkende pumpetype, ved hjelp av en ventil V1 og med en oljetank Ol ved hjelp av en magnetventil V2 er forbundet med kanalen 8a i dekslet 2, f.eks.

Den andre kanalen 8b er forbundet med en ledning 11 som via en magnetventil V3 og en ventil 4 er forbundet med den midtre del av et glassrør eller byrett 12 hvis innvendige diameter er kalibrert og som inneholder et første fluid så som olje. En boblefanger BT1 er anordnet i ledningen 11.

En ledning 13 som ved hjelp av en magnetventil V5 og en ventil V6 står i forbindelse med den midtre del av et andre glassrør eller byrett 14 hvis innvendige diameter også er kalibrert, som inneholder et andre fluid så som vann, er forbundet med kanalen 9a. En andre boblefanger BT2 er innkoplet på ledningen 13. Ut-løpet av en pumpe WP som er beregnet for det andre fluid, fortrinnsvis en dobbeltvirkende pumpetype, mater en ledning 15 som ved hjelp av en ventil V7 er forbundet med kanalen 9b i dekslet 3. Et innløp til pumpen WP har ved hjelp av en ledning 16 som er utstyrt med en ventil 8 forbundet med bunnen av byretten 14. En første trykkmåler PD1 benyttes til å måle trykket i byretten 14. Bunnen av den første byrett 12 er forbundet med en ledning 17 som ved hjelp av en ventil V9 er forbundet med utløpet av pumpen OP. En tank 18 inneholdende en trykkgass så som nitrogen er ved hjelp av en ledning 19 forbundet med toppen av den første byrett 12, ved hjelp av en styreventil V10, og ved hjelp av en ledning 20 med et innløp til en differensialtrykk-dektektor PD2. Et andre innløp til måleren PD2 er forbundet med bunnen av byretten 12 og ledningen 17. Trykket i gasstanken 18 måles ved hjelp av en trykkmåler PD3.

Innsatser (ikke vist) er anordnet gjennom kappen 4 og gjør det mulig å for-binde ledninger 21 med en andre gasstank 22 ved hjelp av ventiler V12.

En ledning 23 setter innsiden av beholderens legeme 1 i forbindelse med en trykkluftkilde 24, som, under operasjoner gjør det mulig å utøve et radialt av-grensingstrykk på prøven S i kappen 4. Avgrensingstrykket som utøves på prøven måles ved hjelp av en trykkmåler PD4.

Målere (ikke vist) av opto-elektronisk type gjør det mulig å måle volum-variasjoner av fluidene i byrettene 12,14. Målesignalene M som kommer fra de forskjellige målere og fra alle trykkmålerne PD1 til PD4, samles ved hjelp av en akkvisisjonsanordning 25 som er forbundet med en mikro-styredatamaskin 26.

Måle-sykluser

I likhet med den i ovennevnte FR-A-2,731,073, omtalte anordning, gjør anordningen ifølge oppfinnelsen det mulig å utføre følgende operasjoner:

- drenering av tofase olje-vann,

- oppsuging av tofase vann-olje,

- relative permeabiliteten

- drenering av trefase gass-olje-vann (bevegelig eller ureduserbar),

- oppsuging av trefase vann-olje, gass

- relative trefase-permeabiliteter.

Tofase-målinger

Drenering

Prøven S som er plassert i beholderen blir først mettet med et fuktefluid som f.eks. vann. Tofase-drenering av prøven oppnås ved fortrengning, i suksessive trykktrinn, av fuktefasen ved hjelp av ikke-fuktefasen, i dette tilfelle olje. Denne operasjon tar sikte på å plotte differensialtrykk-kurven mellom fuktefluidet og ikke-fuktefluidet som funksjon av metningen i ikke-fuktefluid.

Olje som kommer fra oljetanken Ol injiseres gjennom ledningen 8a. Den fortrenger vannet i prøven, som strømmer bort gjennom dekslet 3, gjennom membranene M2 opp til et visst volum som forårsakes av kapillartrykket. Utstrøm-ningene samles i byretten 14 og variasjonen i vann-nivået måles.

Akkvisisjonsenheten 25 som styres av mikro-datamaskinen 26 registrerer, på tidspunker som velges av operatøren, de forskjellige fysiske målinger: trykk, volumer, etc. Når vannproduksjonen stopper, blir den porøse prøve eventuelt skannet for å kontrollere metningene til de to faser. De suksessive trykktrinn stoppes når den vannmettede membran M2 tillater gjennomstrømning av oljefasen.

Utsuging

Utsugingsoperasjonene kan utføres ved å minske trykket i regelmessige trinn. Trinnene som utføres er lik de som er beskrevet for drenering.

Trefaseoperasjoner

Drenering

For å oppnå en kapillartrykk-kurve for drenering i nærvær av et bevegelig eller ikke-bevegelig vann, må følgende trinn utføres:

- å innrigge metning av det porøse medium med vann,

- plotting av kapillartrykk-kurven under drenering opp til et trykk som gir den ønskede ureduserbare vannmetning Swi, - eventuell senking av trykket i oljen for derved å oppnå en vann-gjenoppsuging inntil en forutbestemt vannmetning Sw oppnås, - trefase-drenering ved injisering av gass i suksessive trykktrinn for å av-plassere oljen.

Plasseringen av sirkulasjonsanordningen bak membranene gjordet

vanskelig eller også umulig forden injiserte gass å unnslippe fra beholderen gjennom membranene M1 og M2. Kanalene 8a, 8b og 9a, 9b gjennom de to deksler 2, 3 er forbundet en med en lukket krets (10,11,17) innbefattende pumpen OP, den andre med en lukket krets (13,15,16) omfattende pumpen WP. Det er således mulig, under gassinjeksjoner gjennom åpningen av ventilene V12 i ledningene 21, å sirkulere fluidene henholdsvis bak hver membran M1, M2. Membranene som således blir permanent fuktet og mettet, forblir meget lite gassgjennomtrengelige.

Utformingen av anordningen som også er egnet til å påføre et mottrykk på fluidet i olje-byretten 12 tillater også bedre styring av trykket i oljekretsen, hvilket er nødvendig for visse trefase-operasjoner, særlig på vannfuktede porøse prøver. Vannet drives bort av oljen inntil den ureduserbare metning Swi blir nådd. Dersom trykket som påføres oljen senkes under det kritiske gjenoppsugingstrykk Pc, vil prøven spontant gjenoppsuge. Hvis det er ønskelig å senke gasstrykket til et trinn under det kritiske trykk Pc, må oljesirkulasjonstrykket i oljekretsen 11,17 opprett-holdes ved et tilstrekkelig nivå. I dette øyemed åpnes ventilen V11 slik at byretten 12 bringes i forbindelse med gasstanken 18 og for derved å utøve et trykk på oljen i oljekretsen.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for forbedring av gass-tetthetsvarigheten til halvgjennomtrengelige membraner i en beholder som kommuniserer med et flerfasefluidfortrengningssystem og omfatter minst en åpning som er forsynt med en membran som kan fuktes av en viss væske, karakterisert ved at membranen permanent holdes mettet med fuktevæske ved kontakt med en sirkulasjon av denne væske, for derved å opprettholde dens tetthet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor beholderen er en prøvecelle for testing av en prøve som er laget av et porøst materiale i nærvær av flerfasefluider, omfattende åpninger som kommuniserer ved væskeinjeksjonsmidler, idet minst en av åpningene er tilknyttet en membran som kan fuktes av en væske, og en port kommuniserer med gassinjeksjonsmidlene, karakterisert ved at det forut for injisering av gass i prøven etableres en sirkulasjon av væske i kontakt med hver membran.

3. Anordning for forbedring av gasstetthetsvarigheten til halvgjennomtrengelige membraner benyttet i en prøvecelle for testing av en prøve som er laget av et porøst materiale i nærvær av flerfasefluider, som avgrenses av minst en stiv, rør-formet hylse (1) og to endestykker (2, 3) ved dens motsatte ender, en elastisk kappe (4) i cellen, hvor prøven (S) er anbrakt, idet de to endestykker er forsynt med en endedel som er egnet til å innpasses i kappen ved dens motsatte ender, og kanaler (8, 9) som kommuniserer med et hydraulikksystem for å oppnå en fortrengning av trykkfluider gjennom prøven, trykkmidler (24) innrettet til å presse kappen radialt mot prøven (S), minst en halvgjennomtrengelig membran (M1, M2) som kan fuktes av en væske, mellom minst ett av endestykkene (2, 3) og en ende av prøven (S), og midler for selektiv kommunisering av kappens innside med en trykkgasskilde, karakterisert ved at den i hydraulikksystemet omfatter midler for opprettelse av en sirkulasjon av fuktevæske i kontakt med hver membran for derved å holde sistnevnte permanent mettet under faser av gassinjeksjon i prøven.

4. Anordning i følge krav 3, karakterisert ved at hydraulikksystemet omfatter to kretser (13,15) (11,17) som er forbundet med hver sin av prøvens (S) motsatte ender gjennom de to endestykker (2, 3) idet hver omfatter et finfase-separeringsrør (12,14), en væskesirkulasjonspumpe (OP, WP) og brytermidler ved innrettet til selektivt å fortrenge væsker i prøven eller å opprette en sirkulasjon av væske i kontakt med hver membran for derved å holde dem mettet.

5. Anordning ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at membranene (M1, M2) som fuktes av hver sin av de to væsker er anordnet mellom prøven og hver av de to endestykker, idet hvert endestykke (2, 3) omfatter to kanaler (8a, 8b) (9a, 9b) som er forbundet med en av kretsene, tillater opprettelse av en sirkulasjon av væske i kontakt med hver av membranene.

6. Anordning ifølge et av kravene 3 eller 4, karakterisert ved at den omfatter trykk- og volum-måleinnretninger og en driftsanordning omfattende midler (25) som er beregnet for akkvisisjon av målesignaler som avgis av måleinnretningene, samt en styreanordning (26) som er innrettet til å koordinere sirkulasjon av de forskjellige faser gjennom prøven eller i kontakt med membranene.

7. Anordning ifølge krav 3, karakterisert ved at den omfatter midler for selektiv påføring av et overtrykk på en av de to væsker under gassinjeksjonsfasene ved et trykk under et kritisk trykk (Pc) av spontan gjenoppsuging av prøven ved hjelp av den andre væske.