RU2496981C1

RU2496981C1 - Device for evaluation of dynamics of process of straight-flow capillary saturation of rock samples

Info

Publication number: RU2496981C1
Application number: RU2012113338/28A
Authority: RU
Inventors: Наталья Александровна Скибицкая; Ярема-Михаил Романович Морозович; Владимир Александрович Кузьмин; Михаил Николаевич Большаков; Олег Олегович Марутян; Ирина Ивановна Кузьмина
Original assignee: Владимир Александрович Кузьмин
Priority date: 2012-04-06
Filing date: 2012-04-06
Publication date: 2013-10-27

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: device for evaluation of dynamics of a process of straight-flow capillary saturation of rock samples refers to petrophysical investigations. The device is designed for determination of dynamics of variation of weight of rock sample during capillary straight-flow saturation and calculation based on obtained data of some petrophysical parameters, and namely amount of trapped gas. The device implements automatic preservation of level of liquid without stiff or elastic connection, which contacts the sample and has a buffer capacity saturating a reference chamber with water. This allows performing, almost without any error, constant weighing of the reference chamber with the sample that constantly increases its weight during water absorption owing to capillary saturation. The data on the change of weight in time, which is fixed with electronic weighs, is processed by means of a computer.

EFFECT: improving evaluation accuracy of dynamics of rock saturation due to hydrodynamic connection of a reference chamber and a buffer capacity.

2 cl, 2 dwg

Description

Устройство для оценки динамики прямоточной капиллярной пропитки образцов пород относится к области петрофизических исследований пород лабораторными методами и может использоваться при разработке месторождений углеводородов. Это связано с тем, что в практике петрофизических исследований возникает ряд задач, связанных с модельным представлением вытеснения углеводородов водой из порового пространства пород. При этом часть углеводородов не вытесняется (защемляется). Имеются данные о высокой корреляционной связи количества защемленной фазы и углеводородоотдачи. То есть по данным прямоточной, капиллярной пропитки можно судить о количестве остаточного содержания углеводородов в разрабатываемых пластах. В настоящее время используемые установки для прямоточной капиллярной пропитки, то есть пропитки образцов породы при контакте с жидкой фазой, не позволяют исследовать временную динамику насыщения, которая необходима для более точной и более информативной оценки количества защемленных углеводородов. Капиллярная пропитка водой образцов пород широко используется в практике петрофизических исследований для решения многочисленных задач, связанных как с оценкой запасов, так и с разработкой месторождений углеводородов. К таким задачам, например, относятся определения пористости, определения электрического сопротивления, остаточного водонасыщения, моделирования процессов вытеснения флюидов из порового пространства и др. Для определения перечисленных параметров на первоначальном этапе образцы насыщаются водой. Методы и приборы для пропитки (насыщения) водой образцов пород не являются сложными и описаны в многочисленной петрофизической литературе (Кабранова В.Н., Извеков Б.И., Пацевич С.Л., Шварцман М.Д. Определение петрофизических характеристик по образцам. М.: Недра, 1977. 432 с.).A device for assessing the dynamics of direct-flow capillary impregnation of rock samples belongs to the field of petrophysical research of rocks by laboratory methods and can be used in the development of hydrocarbon deposits. This is due to the fact that in the practice of petrophysical studies a number of problems arise related to the model representation of the displacement of hydrocarbons by water from the pore space of rocks. In this case, part of the hydrocarbons is not displaced (pinched). There is evidence of a high correlation between the amount of the pinched phase and hydrocarbon recovery. That is, according to direct-flow, capillary impregnation data, one can judge the amount of residual hydrocarbon content in the developed formations. Currently used installations for direct-flow capillary impregnation, that is, impregnation of rock samples in contact with the liquid phase, do not allow us to study the temporal dynamics of saturation, which is necessary for a more accurate and more informative estimate of the amount of trapped hydrocarbons. Capillary impregnation of rock samples with water is widely used in the practice of petrophysical studies to solve numerous problems related to both the assessment of reserves and the development of hydrocarbon deposits. Such tasks, for example, include determining porosity, determining electrical resistance, residual water saturation, modeling the processes of fluid displacement from the pore space, etc. To determine the above parameters, the samples are saturated with water at the initial stage. Methods and devices for impregnating (saturating) water with rock samples are not complicated and are described in numerous petrophysical literature (Kabranova V.N., Izvekov B.I., Patsevich S.L., Shvartsman M.D. Determination of petrophysical characteristics from samples. M .: Nedra, 1977.432 s.).

Также известны приборы для насыщения (пропитки) образцов водой, которые представляют из себя герметичные емкости для вакуумирования образцов и устройства подачи воды в эту емкость непосредственно под вакуумом. Вакуумирование необходимо для удаления воздуха из пор и более полного заполнения водой порового пространства водой. Наиболее распространенной является установка, используемая для метода определения коэффициента открытой пористости жидкостенасыщением, согласно ГОСТ 26450.1-85 ГОСУДАРСТВЕННОГО СТАНДАРТА СССР. Устройство дает возможность раздельного вакуумирования сухих образцов и насыщающей жидкости. Согласно ГОСТу насыщение образцов рабочей жидкостью проводят посредством постепенного ступенчатого залива водой в кристаллизаторе предварительно отвакуумированных образцов. Окончательную пропитку проводят при атмосферном давлении или в приборе высокого давления. Контроль насыщения осуществляют посредством достижения постоянного веса насыщенного водой образца.Also known are devices for saturating (impregnating) samples with water, which are sealed containers for evacuating samples and devices for supplying water to this container directly under vacuum. Evacuation is necessary to remove air from the pores and more completely fill the pore space with water with water. The most common is the installation used for the method of determining the coefficient of open porosity by liquid saturation, according to GOST 26450.1-85 of the STATE STANDARD of the USSR. The device enables separate evacuation of dry samples and saturating liquid. According to GOST, the samples are saturated with a working fluid by means of a gradual stepwise filling with water in a crystallizer of previously evacuated samples. The final impregnation is carried out at atmospheric pressure or in a high pressure device. Saturation control is carried out by achieving a constant weight of the water-saturated sample.

Однако такое насыщение образцов водой или другими жидкостями не позволяет изучать динамику насыщения порового пространства в процессе прямоточной капиллярной пропитки образца и оценивать на основании полученных данных значения количества защемленного газа, так как для этого необходимо измерять объем жидкости, всасываемый за счет капиллярного эффекта в образец, непрерывно во времени в газовой среде. Эти данные являются ценной информацией при расчете коэффициента остаточного углеводородосодержания в процессе разработки месторождений нефти и газа.However, such saturation of the samples with water or other liquids does not allow us to study the dynamics of the saturation of the pore space during direct-flow capillary impregnation of the sample and to estimate, based on the data obtained, the values of the amount of trapped gas, since it is necessary to measure the volume of liquid absorbed through the capillary effect into the sample continuously in time in a gas environment. These data are valuable information in calculating the coefficient of residual hydrocarbon content in the process of developing oil and gas fields.

В настоящее время круг задач, необходимых для решения вопросов повышения углеводородоотдачи, расширяется. В частности, все большее распространение получают методы, основанные на анализе динамики модельных процессов. В этой связи, перспективным является временной анализ динамики капиллярного насыщения образца водой в процессе прямоточной капиллярной пропитки. Для этого необходимо в процессе пропитки фиксировать объем заполнения пор водой во времени.Currently, the range of tasks necessary to address issues of increasing hydrocarbon recovery is expanding. In particular, methods based on the analysis of the dynamics of model processes are becoming more widespread. In this regard, a promising is a temporary analysis of the dynamics of capillary saturation of a sample with water during direct-flow capillary impregnation. For this, it is necessary to fix the amount of pore filling with water over time during the impregnation process.

Наиболее близким по техническому решению к предложенному устройству является установка для капиллярной прямоточной пропитки, описанной в работе (Файзрахманов P.P. Процессы циклического вытеснения и капиллярной пропитки применительно к подземному хранению газа. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Институт проблем нефти и газа РАН, 2004 г.). Автор приводит схему и описание установки для капиллярной прямоточной пропитки образцов пород (фиг.1), которая содержит кернодержатель - 1, штатив - 2, емкость для воды - 3, электронные весы - 4 и компьютер с программным обеспечением - 5, искусственный керн - 6, резиновую манжету - 7, кернодержатель - 8, откидывающуюся крышку - 9, подстроечный винт - 10, второй штатив - 11.The closest technical solution to the proposed device is a direct-flow capillary impregnation apparatus described in (Fayzrakhmanov PP Cyclic displacement and capillary impregnation processes in relation to underground gas storage. Abstract of dissertation for the degree of candidate of technical sciences. Institute of Oil and Gas Problems of RAS, 2004). The author gives a diagram and description of the installation for direct-flow capillary impregnation of rock samples (Fig. 1), which contains a core holder - 1, a tripod - 2, a water tank - 3, an electronic balance - 4 and a computer with software - 5, artificial core - 6 , rubber cuff - 7, core holder - 8, hinged lid - 9, trimming screw - 10, second tripod - 11.

Искусственный керн, помещенный в резиновую манжету 7, зажимается в кернодержателе 8. Кернодержатель, в свою очередь, устанавливается на весы 4. Емкость 3, с налитой дистиллированной водой, размещается на штативе 2 так, чтобы вводимый через специально вырезанное окошко образец оказался внутри сосуда 3, но выше уровня воды. При этом отслеживается, чтобы манжета и кернодержатель не касались стенок сосуда. Затем подстроечным винтом 10 на втором штативе 11 емкость с водой поднимается до тех пор, пока не происходит касание поверхности воды с нижним краем образца. В этот момент компьютер записывает начальное значение массы, которое высвечивается также на электронных весах. Далее снимаются показания весов через заданные промежутки времени для получения характеристики происходящего процесса. Автор отмечает, что по мере впитывания воды происходит понижение уровня жидкости. При этом сила Архимеда уменьшается, а погрешность, вносимая поверхностным натяжением, возрастает, так как для увеличения поверхности жидкости необходимо совершить работу, что и отражается в возрастании веса образца. Поэтому в данной методике встает вопрос определения истинной массы пропитанного образца. То есть установка фактически не пригодна для заявленных целей.An artificial core, placed in a rubber cuff 7, is clamped in the core holder 8. The core holder, in turn, is mounted on the balance 4. The container 3, with distilled water poured, is placed on a tripod 2 so that the sample introduced through a specially cut window is inside the vessel 3 but above water level. It is monitored so that the cuff and core holder do not touch the walls of the vessel. Then, the trimming screw 10 on the second tripod 11, the water tank rises until it touches the surface of the water with the lower edge of the sample. At this moment, the computer records the initial mass value, which is also displayed on electronic scales. Further, the readings of the scales are taken at predetermined intervals to obtain the characteristics of the ongoing process. The author notes that as water is absorbed, a decrease in liquid level occurs. At the same time, the Archimedes force decreases, and the error introduced by surface tension increases, since work is necessary to increase the surface of the liquid, which is reflected in the increase in the weight of the sample. Therefore, in this technique, the question arises of determining the true mass of the impregnated sample. That is, the installation is actually not suitable for the stated purposes.

Целью предложенного изобретения является расширение функциональных возможностей устройства насыщения образцов пород за счет обеспечения получения информации о динамике изменения веса образца, определяющей параметры процесса капиллярной прямоточной пропитки и устранения значительных погрешностей измерений, связанных с понижением уровня воды на границе контакта воды с образцом.The aim of the proposed invention is to expand the functionality of the device for saturating rock samples by providing information on the dynamics of change in the weight of the sample, which determines the parameters of the process of capillary direct-flow impregnation and eliminate significant measurement errors associated with a decrease in the water level at the interface between the water and the sample.

Поставленная задача решается за счет того, что устройство для оценки динамики насыщения образца в процессе прямоточной капиллярной пропитки, включающее образцовую камеру с образцом, находящимся в контакте с жидкостью, электронные весы, буферную емкость с водой и сосудом для автоматического поддержания уровня воды в устройстве, имеет образцовую камеру, гидравлически связанную с буферной емкостью через П-образный носик, который своим концом погружен в воду буферной емкости, что устранят возможность понижения уровня воды в образцовой камере при впитывании воды в образец и обеспечивает постоянный контакт торцевой части образца с водой. При этом жесткая или упругая связь образцовой камеры и буферной емкости отсутствует, что позволяет проводить независимое взвешивание образцовой камеры с образцом в процессе пропитки.The problem is solved due to the fact that the device for assessing the dynamics of saturation of the sample in the process of direct-flow capillary impregnation, including a sample chamber with a sample in contact with the liquid, an electronic balance, a buffer tank with water and a vessel for automatically maintaining the water level in the device, has a sample chamber hydraulically connected to the buffer tank through a U-shaped nozzle, which is immersed with its end in the water of the buffer tank, which will eliminate the possibility of lowering the water level in the model chamber when absorbing water into the sample and provides constant contact of the end part of the sample with water. Moreover, there is no rigid or elastic connection between the sample chamber and the buffer tank, which allows independent weighing of the sample chamber with the sample during the impregnation process.

Сущность работы предложенного устройства поясняется фиг.2, где представлена функциональная блок-схема устройства, на которой цифрами показаны отдельные блоки и элементы установки: 1 - лабораторные электронные весы; 2 - образцовая камера; 3 - кольцевая опора для образца; 4 - крышка образцовой камеры; 5 - исследуемый образец; 6 - П-образный носик; 7 - буферная емкость с водой; 8 - сливной патрубок; 9 - сосуд автоматического долива воды; 10 - верхний кран; 11 - нижний кран; 12 - сливной наконечник.The essence of the proposed device is illustrated in figure 2, which shows a functional block diagram of the device, which figures show the individual blocks and installation elements: 1 - laboratory electronic scales; 2 - an exemplary camera; 3 - ring support for the sample; 4 - cover exemplary camera; 5 - test sample; 6 - U-shaped nose; 7 - buffer tank with water; 8 - drain pipe; 9 - a vessel for automatic topping up of water; 10 - top crane; 11 - lower tap; 12 - drain tip.

Сосуд автоматического долива воды может устанавливаться различными способами, например с помощью штатива, или непосредственно крепится к буферной емкости.The automatic water topping vessel can be installed in various ways, for example using a tripod, or directly attached to the buffer tank.

Устройство работает следующим образом. Предварительно все компоненты устройства собираются согласно приведенной схеме (фиг.2), но без воды и образца - 3. Для этого на электронные весы 1 устанавливается образцовая камера 2. Далее буферная емкость 7 устанавливается таким образом, чтобы максимальный уровень воды в ней, контролируемый сливным патрубком, находился на одной линии с нижним торцом образца в образцовой камере. Затем крышка образцовой камеры 4 снимается, и через образцовую камеру заливается вода, уровень воды устанавливается автоматически, так как лишняя вода сливается через сливной патрубок 8 буферной емкости 7. Вода в образцовой камере 1 автоматически устанавливается на уровне верхнего края кольцевой опоры для образца 3. После этого, в сосуд автоматического долива воды 9, заливается вода при открытом верхнем кране 10 и закрытом нижнем кране 11. Далее верхний кран 10 перекрывается, а нижний 11 открывается. При этом вода из сосуда 9 не выливается, так как носик сосуда 12 касается воды и не пропускает воздух в сосуд автоматического долива воды 9, это позволяет удерживать воду в сосуде за счет атмосферного давления. После этого предварительно взвешенный образец 5 помещают в образцовую камеру 2 на кольцевую опору 3, и закрывают крышку 4. Установка готова к работе. Образец начинает контактировать нижней торцевой частью с водой, начинается процесс пропитки, в результате которой вес образца 5 увеличивается за счет капиллярного впитывания воды его пористой структурой. Насыщение образца 5 проводится за счет самопроизвольного впитывания воды под действием капиллярных сил. Уровень воды в образцовой камере 2 не понижается, поскольку объем, впитанный в образец воды, компенсируется за счет подпитки из буферной емкости 7, так как образцовая камера 2 гидравлически связана с буферной емкостью 7 через П-образный носик 6, при этом отсутствует упругая или жесткая связь, снижающая точность взвешивания или делающая взвешивание невозможным. Уровень воды в буферной емкости 7 поддерживается автоматически с помощью сосуда автоматического долива воды 9, который зафиксирован в положении касания воды сливного наконечника 12. Как только уровень в буферной емкости понижается за счет отсоса воды через П-образный носик 6 образцовой камеры 2 (часть воды в ней всасывается образцом), сливной наконечник 12 оголяется, и воздух входит в сосуд 9, часть воды при этом выливается в буферную емкость. При этом уровень поднимается, и как только он доходит до нижнего среза сливного наконечника 12, поступление воздуха в сосуд 9 прекращается, и прекращается выливание воды в буферную емкость. То есть уровень воды автоматически восстанавливается. В процессе капиллярной пропитки образца его вес увеличивается. Увеличение веса образцовой камеры с образцом фиксируется электронными весами, при этом цифровой сигнал передается на компьютер, который строит график изменение веса образца во времени. Вместо воды могут использоваться другие жидкости в зависимости от задачи.The device operates as follows. Previously, all components of the device are assembled according to the above diagram (Fig. 2), but without water and a sample of 3. For this, an exemplary chamber 2 is installed on the electronic balance 1. Next, the buffer tank 7 is installed so that the maximum water level in it is controlled by the drain pipe, was in line with the lower end of the sample in the sample chamber. Then the lid of the sample chamber 4 is removed, and water is poured through the sample chamber, the water level is automatically set, since excess water is drained through the drain pipe 8 of the buffer tank 7. Water in the sample chamber 1 is automatically installed at the level of the upper edge of the ring support for sample 3. After of this, in the automatic water topping vessel 9, water is poured with the upper tap 10 open and the lower tap 11 closed. Next, the upper tap 10 is closed and the lower 11 is opened. In this case, water from the vessel 9 does not spill out, since the nose of the vessel 12 touches the water and does not allow air to enter the vessel for automatically adding water 9, this allows water to be retained in the vessel due to atmospheric pressure. After that, the pre-weighed sample 5 is placed in the sample chamber 2 on the annular support 3, and the cover 4 is closed. The installation is ready for operation. The sample begins to contact the lower end part with water, the impregnation process begins, as a result of which the weight of sample 5 increases due to capillary absorption of water by its porous structure. The saturation of sample 5 is carried out due to spontaneous absorption of water under the action of capillary forces. The water level in the sample chamber 2 does not decrease, since the volume absorbed in the water sample is compensated by replenishment from the buffer tank 7, since the sample chamber 2 is hydraulically connected to the buffer tank 7 through a U-shaped nozzle 6, while there is no elastic or rigid communication that reduces the accuracy of weighing or makes weighing impossible. The water level in the buffer tank 7 is maintained automatically by the automatic water topping vessel 9, which is fixed in the position of touching the water of the drain tip 12. As soon as the level in the buffer tank decreases due to suction of water through the U-shaped nozzle 6 of the model chamber 2 (part of the water it is absorbed by the sample), the drain tip 12 is exposed, and air enters the vessel 9, part of the water is poured into the buffer tank. In this case, the level rises, and as soon as it reaches the lower cut of the drain tip 12, the flow of air into the vessel 9 stops, and the pouring of water into the buffer tank stops. That is, the water level is automatically restored. In the process of capillary impregnation of a sample, its weight increases. The increase in the weight of the model camera with the sample is recorded by electronic scales, while the digital signal is transmitted to a computer, which builds a graph of the change in the weight of the sample over time. Other liquids may be used instead of water, depending on the application.

Claims

1. A device for assessing the dynamics of direct-flow capillary impregnation of rock samples, including a laboratory electronic balance, a sample chamber in which a sample is placed for contact with water and saturation with water due to capillary impregnation, while the device is equipped with a buffer tank hydraulically connected to the sample chamber through P -shaped nose to maintain a constant water level in the model chamber.

2. The device according to claim 1, characterized in that the buffer tank has a vessel for automatically adding water.