NO318497B1 - Anordninger beregnet for malinger pa en poros prove i naervaer av fluider, under anvendelse av temperaturbestandige, halvgjennomtrengelige membraner - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning beregnet for målinger på en porøs prøve i nærvær av fluider, under anvendelse av halvgjennomtrengelige membraner som tåler høye temperaturer, med sikte på å bestemme noen av dens fysiske karakteristika.

En slik celle er f.eks. velegnet for testing av geologiske prøver og for bestemmelse av forskjellige parametere så som kapillartrykket i bergarten i drenerings- eller absorbsjonsfaser, deres fuktningsindeks, deres relative permeabilitet, deres resistivitetsindeks, etc. En slik celle anvendes særlig innen petroleumsfaget, for testing av reservoar-bergarter, f.eks. under utførelse av operasjoner for assis-tert utvinning.

For å bestemme bergartenes fuktningsevne med hensyn til vannet og oljen de kan inneholde, blir f.eks. den opprinnelige vannmettede bergart utsatt for en dreneringsprosess for å minske dens metning (Sw), hvoretter den utsettes for en absorbsjonsprosess som tillater gjenøking av dens vannmetning. Kapillartrykket ved et punkt er definert som forskjellen Pc ved likevekt mellom oljetrykket Po og vanntrykket Pw. Denne parameter har bare mening dersom de to fluider er i den kontinuerlige fase i det porøse medium. For et vannfuktet medium gir bare positive verdier mening. På den annen side, hvis mediet har en blandet fuktningsevne, kan fluidene forbli i den kontinuerlige fase også for de positive og negative kapillartrykk (Pc).

For en anvendelse av denne art må en fullstendig kapillartrykk-målesyklus derfor omfatte (fig. 4): a) positiv primær-drenering av en innledningsvis 100 % vannmettet prøve (kurve 1); b) positiv absorbsjon (kurve 2); c) negativ absorbsjon (kurve 3);

d) negativ drenering (kurve 4); og

e) positiv sekundærdrenering (kurve 5).

Patentsøknad EP-A-0,701,128 innlevert av søkeren, beskriver en anordning

som er beregnet for målinger av fuktningsevne på porøse bergartprøver i en opptakscelle som ved sine to motsatte ender avgrenses av to endestykker. Kanaler

løper gjennom disse endestykker og forbinder deres sporforsynte, innvendige fla-ter med hver sin av to justerbare trykkfluidkilder som avgir henholdsvis et første og et andre fluid. Barren plasseres i cellen i en langstrakt, deformerbar kappe tilknyt-tet trykkinnretninger beregnet til å utøve et side-avgrensningstrykk på denne. To

halvgjennomtrengelige membraner som er gjennomtrengelige overfor henholdsvis det første og det andre fluid er plassert mellom endestykkenes innsider og prøven. Omviklingselektroder er anbrakt i kappen, i kontakt med prøvens sidevegg, på hver side av denne. De er forbundet med en anordning som måler prøvens elekt-riske ledningsevne. Barren blir først innledningsvis mettet med et førstefluid så som saltvann før den anbringes i cellen. Et andre fluid, f.eks. olje, injiseres under trykk ved en ende av cellen. Det fortrenger det første fluid i prøven og det utdrev-ne fluid gjenvinnes ved den motsatte ende. En eller flere av de følgende faser av ovennevnte målesyklus utføres deretter.

En måleanordning omfattende midler for måling av elektrisk ledningsevne og volumet av utdrevet fluid er anbrakt i cellen, og muliggjør derved bestemmelse av forskjellige fysiske parametere ved barren.

I en konstruksjon av denne art er det velkjent å bruke, som en oljefukt-ningsmembran, en membran som f.eks. er laget av Gore-Tex (registrert varemerke) som motstår temperaturområdet (opptil 100 eller 200° C) som opptrer under testing av porøse prøver.

En tynn plate av porøs keramikk, som fyller sin oppgave så lenge cellens arbeidstemperatur ikke er for høy (fortrinnsvis under 100° C), blir vanligvis benyttet som en vannfuktningsmembran. Det er mulig å bruke en keramisk membran som er noen få millimeter tykk og som bedre motstår temperaturen, men ulempen med en slik membran, er at den i særlig grad forsinker fremdriften av operasjons-syklusen.

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning beregnet for målinger, i nærvær av fluider, på en porøs prøve som lar seg fukte av minst et første fluid og er sideveis avgrenset av en deformerbar kappe, med sikte på å bestemme fysiske karakteristika ved prøven, som gjør det mulig å overvinne ovennevnte ulemper.

Den omfatter en celle som innbefatter et langstrakt legeme som ved sine motsatte ender er lukket av endestykker, trykkinnretninger for å utøve et radialt avgrensningstrykk på den kappeforsynte prøve, pumpeinnretninger for kommunisering med cellens innside gjennom endestykkene, for å fortrenge det første fuktefluid og minst et andre fluid, samt måleinnretninger.

Anordningen er karakterisert ved at den omfatter en tolags membran som er gjennomtrengelig for det første fluid, bestående av en støtteskive laget av et porøst materiale belagt med et forholdsvist tynt, porøst keramikklag (f.eks. laget ved sintring av metallkorn), idet denne tolags membran er anbrakt i cellen i kontakt med en første ende av prøven.

Ifølge en foretrukket utføringsform er støttestaven laget av sintret metall oppnådd med grovere korn enn de som brukes for det tynne lag.

En membran omfattende et tynt lag av sintret aluminiumoksid med 0,1 um diameter metallkorn er f.eks. laget, idet støtteskiven er laget av sintret aluminiumoksid med kom ca. 100 ganger så grove som de som brukes for det tynne lag.

Tolagsmembranen er fortrinnsvis utstyrt med et forseglet omkretsbelegg av f.eks. ikke-porøs keramikk, for derved å unngå omstrømning av membranen.

Anordningen kan også omfatte en annen membran som kan fuktes av det andre fluid, anbrakt i kontakt med prøvens motsatte ende, hvilket kan oppnås ved å utsette en tolags membran, lik den ovennevnte, for en kjemisk behandling som setter den i stand til å fuktes av det andre fluid.

Med en slik tolags membran som kan fuktes av et første fluid så som vann eller en saltoppløsning, og eventuelt en annen membran av samme type som kan fuktes av et annet fluid, i stand til å motstå forholdsvis høye temperaturer, kan det oppnås en testeanordning særlig for testing av geologiske prøver under tempera-tur- og trykkforhold som reproduserer de som kan finnes in situ f.eks. i et reservoar, uten at målesyklusenes fremdrift hindres av de begrensninger som er spesielle for konvensjonelt anvendte membraner.

Andre trekk og fordeler ved anordningen ifølge oppfinnelsen vil fremgå av følgende beskrivelse av et ikke-begrensende utføringseksempel, med henvisning til de medfølgende tegninger hvor:

Fig. 1 skjematisk viser en utføringsform av anordningen i lengdesnitt,

Fig. 2 skjematisk viser et eksempel på en vannfuktbar tolags membran,

Fig. 3 viser et tverrsnitt av sistnevnte utførelse, og

Fig. 4 viser, i form av eksempel, variasjonene i kapillartrykket i en prøve under en komplett drenerings-absorbsjonssyklus. I henhold til utføringsform en ifølge fig. 1, omfatter anordningen et hult legeme 1 bestående av to sylindrisk symmetriske hylser 2, 3. De ligger an mot hverandre med mellomliggende tetninger 4 og sammenføyes ved hjelp av skruer 5. Hver av de to hylser omfatter et aksialt hulrom for et endestykke 6,7 hvis inn-byrdes motstående sider er utformet med kryssende (fransk: en araegynee) spor 8. Prøven S er anbrakt i en ringformet elastomerdel som danner kappe 9. Enheten bestående av prøven S og kappen 9 anbringes i et innvendig hulrom i hylsen 3. Begge endestykker 6,7 presses mot prøven ved innskruing av to muttere 10 i hyl-sene 2, 3. To radiale åpninger 11 (fig. 3) som er utformet gjennom hylsens 2 ytter-vegg, gjør det mulig å påføre et aksialt avgrensningstrykk ved hjelp av en trykk-kilde 12.

Kanaler 13 som løper gjennom endestykket 6 og forbinder nettverket av spor 8, på sin endeflate, med en første kilde 14 som avgir det første trykkfluid. Likeledes løper kanaler 15 gjennom endestykket 7 og forbinder det tilsvarende nettverk av spor 8 med en andre kilde 16 som avgir det andre trykkfluid.

En første halvgjennomtrengelig membran 17 som kan gjennomtrenges av et første fluid (saltoppløsning eller saltvann slik det f.eks. finnes geologiske prø-ver) legges mot endeflaten til et endestykke. Denne membran omfatter (fig. 2) et første lag 18 som er gjennomtrengelig for vann og virker som en støtte for et tynt lag 19 av porøs keramikk. Det fremstilles f.eks. ved å sintre metallkorn. Sintret aluminiumoksid kan spesielt benyttes.

Et tynt, 50 |im tykt lag fremstilt ved sintring av metallkorn med 0,1 um diameter er f.eks. egnet for trykk i størrelsesorden noen titalls MPa.

Sinter metall fremstilt av grovere metallkorn kan også benyttes som et støt-telag 18. Et lag med en tykkelse på noen millimeter (f.eks. 7 mm), fremstilt ved sintring av korn med en diameter på noen |im (f.eks. 10 um), blir typisk benyttet.

En slik tolags membran fremstilt av sintermateriale har den fordel at den motstår meget godt forholdsvis høye temperaturer som gjengir de (i størrelses-orden noen hundre ° C) som bergarter utsettes for i undergrunnsreservoarer.

For å hindre fluidtap ved forbistrømning, er det rundt membranen utformet et ringformet belegg 21 som strekker seg over de to motstående endeflater. Dette belegg består f.eks. av ikke-porøs keramikk (glassering).

En annen halvgjennomtrengelig membran 22 som er gjennomtrengelig for et andre fluid, så som olje, anbringes mot den andre endeflate. En mikroporøs vegg av kjent type fremstilles f.eks. av Gore-Tex, Sartorius, Poretics, Millipore, etc, kan anvendes.

Ifølge en fordelaktig utføringsform, kan membranen 22 som fuktes av det andre fluid, også være en tolags-membran lik den ovenfor beskrevne membran, som først har vært utsatt for en passende kjemisk behandling. F.eks. vil en behandling som benytter en silaniseringsreaksjon (basert på organoklorsilan-oppløsninger) gjøre den porøse keramikk sterkt oljefuktet. Stoffet kalles Quilon (registrert varemerke), som er en krumforbindelse med en hydrofob syregruppe, benyttes til å modifisere fuktningsevnen.

Anordningen omfatter f.eks. et første par elektroder E1, E2 (fig. 3) anbrakt i den ringformede del 9, for derved å tillate påtrykking av en elektrisk strøm, og minst et andre par elektroder E'1, E'2 mellom hvilke potensialforskjellen som opp-står som reaksjon på påtrykking av den elektrisk strøm måles. Denne separate anvendelse av elektrodeparene, én for påtrykking av en strøm, den andre for å måle potensialforskjellene, gjør det mulig å hindre kontaktmotstander.

Ved hjelp av en plugg 23 som er utstyrt med en foring, er ledningene som er forbundet med de forskjellige elektroder forbundet med en anordning 24 av kjent type for måling av elektrisk ledningsevne.

Anordningen kan anbringes i et termostatstyrt kammer (ikke vist) konstruert for å gjengi temperaturen i den geologiske formasjon hvorfra prøven er uttatt.

Claims (10)

1. Anordning beregnet for målinger, i nærvær av fluider, på en porøs prøve som lar seg fukte av minst et første fluid og er sideveis avgrenset av en deformerbar kappe (9), med sikte på å bestemme fysiske karakteristika ved prøven, omfattende en celle som innbefatter et langstrakt legeme (2) som ved sine motsatte ender er lukket av endestykker (6,7) trykkinnretninger (12) for å utøve et radialt avgrensningstrykk på den kappeforsynte prøve, pumpeinnretninger (14,16) for kommunisering med cellens innside gjennom endestykkene (6,7), for å fortrenge det første fuktefluid og minst et andre fluid, samt måleinnretninger, karakterisert ved at den omfatter en tolagsmembran (17) som er gjennomtrengelig for det første fluid, bestående av en støtteskive (18) laget av et sintret, porøst materiale belagt med et forholdsvis tynt lag (19) av et sintret, porøst materiale hvis kom er meget finere slik at tolagsmembranens (17) permeabilitet er hovedsakelig lik det tynne lagets porøsitet, idet denne tolagsmembran (17) er anbrakt i cellen i kontakt med en første ende av prøven (S).

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at forholdet mellom komene som brukes til å danne støttelaget og kornene som brukes til å danne det tynne lag er minst 50.

3. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at nevnte størrelsesforhold velges lik 100.

4. Anordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at støtteskiven (18) og det tynne lag (19) er fremstilt ved sintring av metallkorn.

5. Anordning ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved at tolagsmembranen (17) som er gjennomtrengelig for den første væske omfatter et tynt lag (19) fremstilt av sintret aluminiumoksid med kom som har en diameter i størrelsesorden 0,1 um, idet støttedisken (19) er fremstilt av sintret aluminiumoksid med kom som er ca. hundre ganger grovere.

6. Anordning ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved at tolagsmembranen (17) er utstyrt med et rundt-løpende tetningsbelegg (21), for å unngå omstrømning av membranen.

7. Anordning ifølge et av kravene 1 -3, karakterisert ved at det rundtløpende tetningsbelegg er fremstilt av ikke-porøs keramikk.

8. Anordning ifølge et av kravene 1 -3, karakterisert ved at den omfatter en tolagsmembran (22) som kan fuktes av den andre væske, anbrakt i kontakt med enden av prøven (S) motsatt den første ende.

9. Anordning ifølge krav 8, karakterisert ved at den andre tolagsmembran (22) også omfatter to nabolag fremstilt ved sintring av metallpulver, som har vært utsatt for en kjemisk behandling for å kunne fuktes av den andre væske.

10. Anordning ifølge et av kravene 1 -3, karakterisert ved at den omfatter elektroder (E) anbrakt rundt prøven og forbundet med en anordning (24) beregnet på å måle prøvens resistivitet.