RU2778624C1 - Core holder for physical modeling of mass transfer processes in the study of oil displacement by gas - Google Patents

Core holder for physical modeling of mass transfer processes in the study of oil displacement by gas Download PDF

Info

Publication number
RU2778624C1
RU2778624C1 RU2021134537A RU2021134537A RU2778624C1 RU 2778624 C1 RU2778624 C1 RU 2778624C1 RU 2021134537 A RU2021134537 A RU 2021134537A RU 2021134537 A RU2021134537 A RU 2021134537A RU 2778624 C1 RU2778624 C1 RU 2778624C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
base
core holder
possibility
oil
core
Prior art date
Application number
RU2021134537A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Владимирович Болотов
Ильгиз Фаильевич Минханов
Вадим Константинович Деревянко
Михаил Алексеевич Варфоломеев
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2778624C1 publication Critical patent/RU2778624C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: oil and gas technologies.
SUBSTANCE: claimed device relates to the field of experimental studies of mass transfer processes during filtration of oil with gases on a bulk disintegrated core model of a reservoir bed in a laboratory. The core holder consists of a base, side covers, while the side covers are made tightly adjacent to the base on both sides with bolted connections; a soft metal sealing gasket is placed between the base, the left cover and the right cover; on both sides of the base there are internal spiral channels, left and right, in the central part of the base there is a through passage channel for connecting two spiral channels by means of a bolt-nut connection; at the base of the core holder there is a through hole with the possibility of supplying an injection agent, and in the right spiral channel there is an opposite hole with the possibility of oil and gas output.
EFFECT: possibility of regulating the permeability range by means of the possibility of adjusting the tightening force of the side caps of the core holder.
1 cl, 7 dwg

Description

Заявленное изобретение относится к устройству, которое при использовании в условиях лаборатории обеспечивает возможность проведения экспериментальных исследований массообменных процессов при фильтрации нефти и других флюидов с газами (при различных составах и пропорциях) на насыпной дезинтегрированной керновой модели пласта-коллектора.The claimed invention relates to a device that, when used in a laboratory, makes it possible to conduct experimental studies of mass transfer processes during the filtration of oil and other fluids with gases (at various compositions and proportions) on a bulk disintegrated core model of a reservoir.

Далее в тексте заявителем приведены термины и сокращения, которые необходимы для облегчения однозначного понимания сущности заявленных материалов и исключения противоречий и/или спорных трактовок при выполнении экспертизы по существу.Further in the text, the applicant gives the terms and abbreviations that are necessary to facilitate an unambiguous understanding of the essence of the claimed materials and to eliminate contradictions and / or controversial interpretations when performing an examination on the merits.

Д (Дарси) - внесистемная единица проницаемости пористых сред, приближенно равная 1 мкм² [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B0%D1%80%D1%81%D0%B8]. Широко используется в геологии, гидрологии и нефтегазодобыче, механике грунтов. Часто применяются дольные единицы сантидарси (сД) и миллидарси (мД). D (Darcy) is an off-system unit of permeability of porous media, approximately equal to 1 µm² [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B0%D1%80%D1%81%D0%B8]. Widely used in geology, hydrology and oil and gas production, soil mechanics. The submultiple units of centidarcy (sD) and millidarcy (mD) are often used.

МУН - методы увеличения нефтеотдачи. EOR - methods of enhanced oil recovery.

МДС - минимальное давление смесимости. MDS - minimum mixing pressure.

Насыпная дезинтегрированная керновая модель - керн, раздробленный до определенной необходимой фракции для запаковки в кернодержатель. Bulk disintegrated core model - a core crushed to a certain required fraction for packing into a core holder.

На дату представления настоящей заявки заявителем исследован существующий уровень техники, выявлены технические решения, предназначенные для исследования кернов и насыпных керновых моделей пласта в целом и устройства, используемые для фиксации и запаковки насыпной дезинтегрированной керновой модели, применяемые преимущественно при проведении лабораторных испытаний.At the date of submission of this application, the Applicant examined the existing state of the art, identified technical solutions designed to study cores and bulk core models of the reservoir as a whole and devices used to fix and pack a bulk disintegrated core model, used mainly in laboratory tests.

Как известно, в настоящее время большинство крупных месторождений находятся на поздней, завершающей стадии разработки, однако более половины геологических запасов нефти остаются неизвлеченными. При этом основная доля остаточных запасов классифицируется как трудноизвлекаемые, из которых не менее 30 % приходится на низкопроницаемые коллекторы, для выработки которых требуются эффективные и рентабельные технологии увеличения нефтеотдачи.As is known, at present most of the large fields are at a late, final stage of development, however, more than half of the geological oil reserves remain unextracted. At the same time, the main share of residual reserves is classified as hard-to-recover, of which at least 30% are in low-permeability reservoirs, the development of which requires efficient and cost-effective technologies for enhanced oil recovery.

При подходящих критериях применимости, а именно: глубине залегания пласта более 1500 метров, толщине пласта от 2,5 до 10 метров, пористости от 10 до 35 %, проницаемости 0,002-0,2 мкм2, нефтенасыщенности более 40 %, пластовой температуре от 10 до 120 °С; в качестве решения проблемы выступают в основном газовые и смешивающиеся агенты, так как высокий уровень смесимости газа и нефти позволяет уменьшить (подавить) капиллярные силы [Лян Мэн, Антонов С.В., Мишин А.С., Хлебников В.Н., Винокуров В.А. Влияние уровня смесимости на физическое моделирование вытеснения нефти газом (растворителем) // Актуальные проблемы нефти и газа. - 2016. - 2(14), DOI 10.29222/ipng.2078-5712.2016-14.art10].With suitable applicability criteria, namely: reservoir depth of more than 1500 meters, reservoir thickness from 2.5 to 10 meters, porosity from 10 to 35%, permeability 0.002-0.2 microns 2 , oil saturation more than 40%, reservoir temperature from 10 up to 120 °С; as a solution to the problem, gas and miscible agents are mainly used, since the high level of miscibility of gas and oil makes it possible to reduce (suppress) capillary forces [Liang Meng, Antonov S.V., Mishin A.S., Khlebnikov V.N., Vinokurov V.A. Influence of miscibility level on physical modeling of oil displacement by gas (solvent) // Actual problems of oil and gas. - 2016. - 2(14), DOI 10.29222/ipng.2078-5712.2016-14.art10].

При использовании газовых методов для увеличения коэффициента извлечения нефти критически важно определение условий смесимости закачиваемого газа и нефти. Минимальное давление смесимости (МДС) - это давление, при котором газ достигает смесимости с нефтью определенного состава при определенной температуре. В лабораторных условиях изучение данного параметра на керновых моделях не позволяет в полной мере выявить нефтевытесняющие характеристики газовых флюидов, что объясняется невозможностью достичь многоконтактной смесимости при коротком пути фильтрации. Таким образом, для повышения эффективности физического моделирования вытеснения нефти газами необходимо применять устройство, длина которого многократно превышает его диаметр, заполненное гранулярной средой (песок либо другой наполнитель). Наиболее распространенным методом определения минимального давления смесимости (МДС) является метод с использованием тонкой трубки (slim tube).When using gas methods to increase the oil recovery factor, it is critical to determine the miscibility conditions of the injected gas and oil. The minimum miscibility pressure (MPP) is the pressure at which a gas becomes miscible with oil of a certain composition at a certain temperature. Under laboratory conditions, the study of this parameter on core models does not allow to fully reveal the oil-displacing characteristics of gas fluids, which is explained by the impossibility of achieving multi-contact miscibility with a short filtration path. Thus, to increase the efficiency of physical modeling of oil displacement by gases, it is necessary to use a device whose length is many times greater than its diameter, filled with a granular medium (sand or other filler). The most common method for determining the minimum miscibility pressure (MMP) is the slim tube method.

При физическом моделировании известным методом предусматривается использование тонких трубок, заполненных песком или другим материалом, длиной от 8 до 40 м при диаметре 3-10 мм, обеспечивающих массообмен между нефтью и вытесняющим газовым агентом. Изучение процессов массообмена с помощью тонкой трубки началось в 1956 году и интенсивно развивается по настоящее время. На дату подачи настоящей заявки выявлены различные модификации тонких трубок, заполненных дисперсным материалом и имеющих среднюю абсолютную проницаемость в диапазоне 2-10 Д [Zhang, K., Jia, N., Zeng, F., Li, S., Liu, L. A review of experimental methods for determining the Oil-Gas minimum miscibility pressures. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2019, V.183, 106366, https://doi.org/10.1016/j.petrol.2019.106366]. Надлежащие дисперсные материалы должны быть запакованы в тонкую трубку, чтобы имитировать эффект присутствия порового пространства. Кварцевые пески и стеклянные микросферы являются двумя наиболее распространенными упаковочными материалами для существующих тонких трубок.In physical modeling, the well-known method provides for the use of thin tubes filled with sand or other material, 8 to 40 m long and 3-10 mm in diameter, providing mass transfer between oil and a displacing gas agent. The study of mass transfer processes using a thin tube began in 1956 and has been intensively developed to the present. At the filing date of this application, various modifications of thin tubes filled with particulate material and having an average absolute permeability in the range of 2-10 D [Zhang, K., Jia, N., Zeng, F., Li, S., Liu, L. A review of experimental methods for determining the Oil-Gas minimum miscibility pressures. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2019, V.183, 106366, https://doi.org/10.1016/j.petrol.2019.106366]. Proper particulate materials should be packed into a thin tube to mimic the effect of having a pore space. Silica sands and glass microspheres are the two most common packaging materials for existing thin tubes.

Несмотря на то, что известный метод slim tube является общепринятым методом для определения МДС в нефтяной индустрии, существуют значительные его недостатки, такие как сложность создания высокоупакованных тонких трубок с абсолютной проницаемостью 1 Д и менее. Особенно важным недостатком является невозможность регулирования диапазона проницаемости тонкой трубки и моделирования массообменных процессов на насыпной дезинтегрированной керновой модели, созданной с помощью дробления керна исследуемого эксплуатационного объекта.Despite the fact that the known slim tube method is a generally accepted method for determining MDS in the oil industry, there are significant drawbacks, such as the difficulty of creating highly packed thin tubes with an absolute permeability of 1 D or less. A particularly important drawback is the impossibility of adjusting the permeability range of a thin tube and modeling mass transfer processes on a bulk disintegrated core model created by crushing the core of the production object under study.

Из исследованного уровня техники заявителем выявлено изобретение по патенту РФ №2685466 «Кернодержатель». Сущностью известного технического решения является кернодержатель, содержащий вертикально установленную металлическую трубу с помещенным в ней образцом керна, верхний и нижний плунжеры, расположенные по торцам трубы с механизмами уплотнения и поджатая к образцу керна, при этом в верхнем плунжере выполнен сквозной осевой канал для подачи газообразного рабочего агента, а в нижнем плунжере выполнен сквозной осевой канал для подвода или отвода жидкого или газообразного рабочего агента, кроме того, верхняя часть трубы снабжена по крайней мере тремя нагнетательными штуцерами для подачи экранирующей жидкости, горизонтальные оси которых лежат в плоскости, параллельной торцам трубы, а углы между осями соседних нагнетательных штуцеров равны между собой, средняя часть трубы снабжена по крайней мере тремя штуцерами для отбора экранирующей жидкости или рабочего агента, горизонтальные оси которых лежат в плоскости, параллельной торцам трубы, а углы между осями соседних штуцеров для отбора экранирующей жидкости или рабочего агента равны между собой, нижняя часть трубы снабжена одним дополнительным горизонтальным штуцером, предназначенным для отвода или подвода жидкого или газообразного рабочего агента, при этом на всех линиях подачи и отвода как рабочего агента, так и экранирующей жидкости установлены запорные вентили.From the studied state of the art, the applicant identified an invention according to RF patent No. 2685466 "Core holder". The essence of the well-known technical solution is a core holder containing a vertically installed metal pipe with a core sample placed in it, the upper and lower plungers located at the ends of the pipe with sealing mechanisms and pressed against the core sample, while the upper plunger has a through axial channel for supplying a gaseous working agent, and in the lower plunger there is a through axial channel for supplying or discharging a liquid or gaseous working agent, in addition, the upper part of the pipe is equipped with at least three injection fittings for supplying a screening liquid, the horizontal axes of which lie in a plane parallel to the ends of the pipe, and the angles between the axes of adjacent injection fittings are equal to each other, the middle part of the pipe is equipped with at least three fittings for the selection of screening liquid or working agent, the horizontal axes of which lie in a plane parallel to the ends of the pipe, and the angles between the axes of adjacent fittings for the selection of screening fluid liquids or working agent are equal to each other, the lower part of the pipe is equipped with one additional horizontal fitting designed to drain or supply a liquid or gaseous working agent, while shut-off valves are installed on all supply and discharge lines of both the working agent and the screening liquid.

Технический результат известного технического решения - расширение функциональных возможностей кернодержателя, обеспечение возможности моделирования одновременно газонасыщенной и нефтенасыщенной частей пласта. Оборудование отличается механизмом и принципом проведения фильтрационных экспериментов, но схоже по возможности использования насыпной модели пласта, а именно с помощью разработанного кернодержателя производят формирование моделей пласта (насыпных, керновых или насыпных из раздробленного кернового материала).The technical result of the well-known technical solution is the expansion of the functionality of the core holder, providing the possibility of simultaneously modeling the gas-saturated and oil-saturated parts of the formation. The equipment differs in the mechanism and principle of conducting filtration experiments, but is similar in terms of the possibility of using a bulk reservoir model, namely, with the help of the developed core holder, reservoir models are formed (bulk, core or bulk from crushed core material).

Недостатком известного устройства является невозможность проведения исследований массообменных процессов при фильтрации нефти и других флюидов с газами вследствие небольшой длины кернодержателя, в результате чего невозможно получить необходимые параметры МДС.A disadvantage of the known device is the impossibility of carrying out studies of mass transfer processes during the filtration of oil and other fluids with gases due to the small length of the core holder, as a result of which it is impossible to obtain the necessary MDS parameters.

Известен патент на полезную модель RU № 193039 «Двухоболочковая обжимная слим-модель пласта для исследования процессов взаимодействия флюидов в воспроизводимой пористой среде». Сущностью известного технического решения является слим-модель пласта для исследования процессов взаимодействия нефти с газом в пористой среде, представляющая собой стальную трубку, длина которой многократно (не менее чем в 500 раз) превышает ее диаметр, заполненную гранулярной средой (песок либо другой наполнитель), насыщенной исследуемыми флюидами, отличающаяся тем, что она дополнена внешней трубкой, прикрепленной к внутренней с образованием полости между ними, в которую через фитинги или другие присоединительные детали нагнетается вода или другая среда для создания давления обжима внутренней трубки, препятствующего ее деформации.There is a patent for utility model RU No. 193039 "Double-shell compression slim-model of a reservoir for studying the processes of fluid interaction in a reproducible porous medium". The essence of the well-known technical solution is a reservoir slim model for studying the processes of interaction of oil with gas in a porous medium, which is a steel tube, the length of which is many times (at least 500 times) greater than its diameter, filled with a granular medium (sand or other filler), saturated with the studied fluids, characterized in that it is supplemented with an outer tube attached to the inner tube with the formation of a cavity between them, into which water or other medium is injected through fittings or other connecting parts to create a crimp pressure on the inner tube, preventing its deformation.

Недостатком известной полезной модели является отсутствие описания о возможности регулирования диапазона проницаемости согласно заданным значениям, а также проведения исследований на насыпных дезинтегрированных керновых моделях изучаемого месторождения.The disadvantage of the known utility model is the lack of a description of the possibility of adjusting the permeability range according to the given values, as well as conducting studies on bulk disintegrated core models of the studied field.

Известен патент на изобретение CN211086017U «Устройство для экспериментов с тонкой трубкой». Сущностью известного технического решения является экспериментальное устройство с тонкой трубкой, состоящее из поршневого цилиндра для закачки нефти, клапана, газового поршневого цилиндра, узла создания давления и узла измерения противодавления, поршневого цилиндра для закачки нефти и газа, и поршневого цилиндра. Узел создания давления и узел измерения противодавления соединены в параллельную структуру с помощью трубопроводов. Клапаны установлены в переднем и заднем трубопроводах поршневого цилиндра закачки нефти и газа и поршневого цилиндра параллельно. При этом модель тонкой трубки между параллельной структурой и узлом измерения противодавления снабжена соединительным шарниром, а также соответственно соединена с двумя концами соединительного шва резьбовыми соединениями.A patent for the invention CN211086017U "Device for experiments with a thin tube" is known. The essence of the known technical solution is an experimental device with a thin tube, consisting of a piston cylinder for pumping oil, a valve, a gas piston cylinder, a pressure generating unit and a backpressure measuring unit, a piston cylinder for oil and gas injection, and a piston cylinder. The pressure generation unit and the backpressure measurement unit are connected in a parallel structure by means of pipelines. The valves are installed in the front and rear pipelines of the oil and gas injection piston cylinder and the piston cylinder in parallel. At the same time, the model of a thin tube between the parallel structure and the counterpressure measurement unit is provided with a connecting hinge, and is also respectively connected to the two ends of the connecting seam by threaded connections.

Более подробно известная экспериментальная установка выполнена в виде составной тонкой трубки длиной 50 см и внутренним диаметром 3,5 мм - 8,0 мм, а наружные поверхности обоих концов корпуса трубки соответственно снабжены соединительными резьбами. Сущность изобретения заключается в простой конструкции установки, ее легко комбинировать, разбирать и промывать, также существует возможность использования специального устройства для запаковки песка, которое улучшает среднюю плотность в модели с тонкой трубкой и позволяет избежать образования несплошности порового материала и газового канала. При последовательном соединении длина тонкой трубки может варьироваться в соответствии с условиями эксперимента.A more detailed experimental setup is made in the form of a composite thin tube 50 cm long and with an inner diameter of 3.5 mm - 8.0 mm, and the outer surfaces of both ends of the tube body are respectively provided with connecting threads. The essence of the invention lies in the simple design of the plant, it is easy to combine, disassemble and wash, it is also possible to use a special sand packing device, which improves the average density in the thin tube model and avoids the formation of pore material and gas channel discontinuity. When connected in series, the length of the thin tube can vary according to the conditions of the experiment.

Недостатками известного технического решения является:The disadvantages of the known technical solution is:

- риск негерметичности системы вследствие большого количества резьбовых муфт, которые осложняют подготовку трубки к испытаниям. При проведении физического моделирования по газовым МУН в области высоких пластовых давлений (до 70 МПа) необходимо использование минимум резьб для исключения негерметичности установки;- the risk of system leakage due to the large number of threaded couplings, which complicate the preparation of the tube for testing. When conducting physical modeling for gas EOR in the area of high reservoir pressures (up to 70 MPa), it is necessary to use a minimum of threads to eliminate the leakage of the installation;

- отсутствие описания о возможности регулирования диапазона проницаемости согласно заданным значениям, а также проведения исследований на насыпных дезинтегрированных керновых моделях изучаемого месторождения.- lack of a description of the possibility of adjusting the range of permeability according to the given values, as well as conducting studies on bulk disintegrated core models of the studied field.

Исходя из анализа исследованного уровня техники, заявитель делает вывод, что выявленные аналоги совпадают с заявленным техническим решением по различным единичным признакам в разных аналогах, вследствие чего прототип по отношению к заявленному техническому решению не выявлен, поэтому независимый пункты формулы изобретения составлен без ограничительной части.Based on the analysis of the studied prior art, the applicant concludes that the identified analogues coincide with the claimed technical solution in various single features in different analogues, as a result of which the prototype in relation to the claimed technical solution has not been identified, therefore, the independent claims are made without a restrictive part.

Техническим результатом заявленного технического решения является возможность регулирования диапазона проницаемости тонкой трубки с помощью варьирования гранулометрического состава насыпной дезинтегрированной керновой модели с обеспечение возможности регулировки запаковки дезинтегрированной модели в кернодержателе посредством возможности регулирования усилия затяжки боковых крышек кернодержателя посредством использования соединения типа болт-гайка. Степень запаковки кернового материала в кернодержателе подбирается исходя из соблюдения подобия условий залегания пласта-коллектора и его фильтрационно-емкостных свойств образца из реальной скважины.The technical result of the claimed technical solution is the ability to control the permeability range of a thin tube by varying the granulometric composition of the bulk disintegrated core model with the possibility of adjusting the packaging of the disintegrated model in the core holder by means of the ability to control the tightening force of the side covers of the core holder by using a bolt-nut type connection. The degree of packing of the core material in the core holder is selected based on the observance of the similarity of the reservoir bedding conditions and its reservoir properties of a sample from a real well.

Сущностью заявленного технического решения является кернодержатель для физического моделирования массообменных процессов при исследовании вытеснения нефти газом, состоящий из основания, боковых крышек левой и правой, при этом боковые крышки левая и правая соответственно выполнены плотно прилегающими к основанию с обеих сторон с помощью болтовых соединений; между основанием, левой крышкой и правой крышкой размещена уплотнительная прокладка из мягкого металла с возможностью обеспечения герметичности кернодержателя; с обеих сторон основания выполнены внутренние спиралевидные каналы левый и правый соответственно с возможностью заполнения насыпной керновой моделью, в центральной части основания выполнен сквозной канал перехода для соединения двух спиралевидных каналов левого и правого соответственно посредством соединения типа болт-гайка; в основании кернодержателя выполнено сквозное отверстие с возможностью подачи агента закачки, а в правом спиралевидном канале выполнено противоположное отверстие с возможностью вывода нефти и газа.The essence of the claimed technical solution is a core holder for physical modeling of mass transfer processes in the study of oil displacement by gas, consisting of a base, left and right side covers, while the left and right side covers, respectively, are made tightly adjacent to the base on both sides using bolted connections; between the base, the left cover and the right cover there is a sealing gasket made of soft metal with the possibility of ensuring the tightness of the core holder; on both sides of the base there are internal spiral channels left and right, respectively, with the possibility of filling with a bulk core model, in the central part of the base, a through transition channel is made to connect two helical channels, left and right, respectively, by means of a bolt-nut connection; a through hole is made in the base of the core holder with the possibility of supplying an injection agent, and an opposite hole is made in the right spiral channel with the possibility of removing oil and gas.

Заявленное техническое решение поясняется Фиг.1 - Фиг.7.The claimed technical solution is illustrated in Fig.1 - Fig.7.

На Фиг.1 представлено основание заявленного кернодержателя (вид сверху). Figure 1 shows the base of the declared core holder (top view).

На Фиг.2 представлено основание кернодержателя для физического моделирования массообменных процессов (вид по сечению А-А). Figure 2 shows the base of the core holder for physical modeling of mass transfer processes (sectional view A-A ).

На Фиг.3 представлено основание кернодержателя для физического моделирования массообменных процессов (вид по сечению Б-Б). Figure 3 shows the base of the core holder for physical modeling of mass transfer processes (sectional view B-B ).

На Фиг.4 представлена боковая крышка заявленного кернодержателя (вид сверху). Figure 4 shows the side cover of the claimed core holder (top view).

На Фиг.5 представлен кернодержатель для физического моделирования массообменных процессов (вид по сечению А-А). Figure 5 shows the core holder for physical modeling of mass transfer processes (sectional view A-A ).

На Фиг.6 представлена уплотнительная прокладка из отожженной меди для кернодержателя для физического моделирования массообменных процессов Figure 6 shows an annealed copper gasket for a core holder for physical modeling of mass transfer processes

На Фиг.7 представлена Таблица, в которой приведены результаты физического моделирования массообменных процессов при исследовании вытеснения нефти газом при различных показателях. Figure 7 presents a Table that shows the results of physical modeling of mass transfer processes in the study of oil displacement by gas at various rates.

Позиции на Фиг.1 - Фиг.5 обозначают:Positions in figure 1 - figure 5 denote:

1 - основание;1 - base;

2 - боковая крышка (левая);2 - side cover (left);

3 - боковая крышка (правая);3 - side cover (right);

4 - спиралевидный канал (левый);4 - spiral channel (left);

5 - спиралевидный канал (правый);5 - spiral channel (right);

6 - канал перехода между спиралями;6 - transition channel between spirals;

7 - сквозное отверстие для подачи агента закачки;7 - through hole for supplying the injection agent;

8 - сквозное отверстие для вывода флюида из спиралевидного канала;8 - through hole for fluid output from the spiral channel;

9 - уплотнения из отожженной меди (одноразовые);9 - annealed copper seals (disposable);

10 - болт крепления крышек.10 - a bolt of fastening of covers.

11 - место размещения стяжного болта. 11 - the location of the coupling bolt.

Заявленный кернодержатель собирают следующим образом.The declared core holder is assembled as follows.

1. Проводят подготовку насыпной дезинтегрированной керновой модели путем дробления керна, отобранного с исследуемого месторождения, до определенной требуемой фракции.1. A bulk disintegrated core model is prepared by crushing the core taken from the field under study to a certain required fraction.

2. Для имитации порового пространства производят запаковку спиралевидного канала (левого) подготовленной насыпной дезинтегрированной керновой модели до полного их заполнения. Далее производят выравнивание уровня насыпной дезинтегрированной керновой модели при помощи специального скребка и удаление лишней ее части с поверхности спиралевидных каналов.2. To simulate the pore space, the spiral channel (left) of the prepared bulk disintegrated core model is packed until it is completely filled. Next, the level of the bulk disintegrated core model is leveled using a special scraper and its excess part is removed from the surface of the spiral channels.

3. Для создания заданной проницаемости производят сборку боковой крышки (левой) и основания кернодержателя с насыпной дезинтегрированной керновой моделью с требуемым усилием затяжки крепежа типа болт-гайка.3. To create a given permeability, the side cover (left) and the base of the core holder are assembled with a bulk disintegrated core model with the required tightening torque of the bolt-nut fasteners.

4. Перед сборкой уплотнительные поверхности боковой крышки (левой) очищают от загрязнений, обезжиривают уайт-спиритом по ГОСТ 3134 или ацетоном по ГОСТ 2768 и осушают.4. Before assembly, the sealing surfaces of the side cover (left) are cleaned of dirt, degreased with white spirit according to GOST 3134 or acetone according to GOST 2768 and dried.

5. Перед сборкой на резьбовую часть болтов (шпилек) и гаек, предназначенных для крепления боковой крышки (левой) и основания наносят антифрикционную смазку.5. Before assembly, anti-friction grease is applied to the threaded part of the bolts (studs) and nuts intended for fastening the side cover (left) and the base.

6. Перед сборкой на поверхность боковой крышки (левой) подготавливают и устанавливают уплотнение из мягкого металла (преимущественно меди), и крепеж в места размещения соединения крышек. Герметичность кернодержателя обеспечивается не только непосредственно усилием затяжки крепежа, но и эффектом самоуплотнения прокладок.6. Before assembly on the surface of the side cover (left), prepare and install a soft metal seal (mainly copper), and fasteners in the places where the covers are connected. The tightness of the core holder is ensured not only directly by the tightening force of the fasteners, but also by the effect of self-sealing of the gaskets.

7. При сборке производят равномерную затяжку крепежа боковой крышки (левой) и основания в крестообразной последовательности до достижения контакта уплотнительных поверхностей боковых крышек с прокладкой. При этом производят постоянный контроль зазора между боковыми крышками и основанием.7. When assembling, uniformly tighten the fasteners of the side cover (left) and the base in a crosswise sequence until the sealing surfaces of the side covers come into contact with the gasket. At the same time, the gap between the side covers and the base is constantly monitored.

8. Аналогичным способом осуществлют подготовку и сборку боковой крышки (правой) и основания.8. In a similar way, prepare and assemble the side cover (right) and base.

9. При разборке крепеж освобождают в последовательности, обратной последовательности затяжки.9. When disassembling, the fasteners are released in the reverse order of tightening.

Далее заявителем представлено описание заявленного технического решения.Next, the applicant provides a description of the claimed technical solution.

Заявленный кернодержатель относится к устройству, которое при использовании в лабораторных условиях обеспечивает возможность проведения физического моделирования массообменных процессов при фильтрации нефти и других флюидов с газами (при различных составах и пропорциях) на насыпной дезинтегрированной керновой модели. При этом благодаря варьированию гранулометрического состава кернового материала возможно проведение фильтрационных экспериментов на насыпной дезинтегрированной керновой модели с абсолютной проницаемостью 1 Д и менее, созданной с помощью дробления и запаковки керна исследуемого эксплуатационного объекта месторождения.The claimed core holder refers to a device that, when used in laboratory conditions, makes it possible to conduct physical modeling of mass transfer processes during the filtration of oil and other fluids with gases (at various compositions and proportions) on a bulk disintegrated core model. At the same time, due to the variation in the granulometric composition of the core material, it is possible to conduct filtration experiments on a bulk disintegrated core model with an absolute permeability of 1 D or less, created by crushing and packing the core of the studied operational object of the field.

Заявленный кернодержатель (Фиг.1 - Фиг.6) характеризуется простотой конструкции, что облегчает подготовку кернодержателя к лабораторным исследованиям и способствует минимальному риску возникновения негерметичности в устройстве.The claimed core holder (Figure 1 - Figure 6) is characterized by a simple design, which facilitates the preparation of the core holder for laboratory research and contributes to a minimal risk of leakage in the device.

В целом кернодержатель состоит из трех основных частей, а именно:In general, the core holder consists of three main parts, namely:

- основания (1),- bases (1),

- левой крышки (2),- left cover (2),

- правой крышки (3).- right cover (3).

При этом боковые крышки левая (2) и правая (3) выполнены плотно прилегающими к основанию (1) с обеих сторон с помощью, например, болтовых соединений (10). При этом между основанием (1), левой крышкой (2) и правой крышкой (3) выполнена уплотнительная прокладка (9) изготовленная из мягкого металла, например, меди, с возможностью обеспечения герметичности кернодержателя, при этом при каждом новом эксперименте прокладки (9) сменяют на новые, т.к. они подвергаются динамическим усилиям и тем самым теряют толщину, а именно - сплющиваются под нагрузкой сжатия болтовым соединением (11) типа болт-гайка.In this case, the left (2) and right (3) side covers are made tightly adjacent to the base (1) on both sides using, for example, bolted connections (10). At the same time, between the base (1), the left cover (2) and the right cover (3), a sealing gasket (9) is made of soft metal, for example, copper, with the possibility of ensuring the tightness of the core holder, while with each new experiment of the gasket (9) are replaced with new ones, because they are subjected to dynamic forces and thereby lose their thickness, namely, they are flattened under a compression load by a bolted connection (11) of the bolt-nut type.

При этом с обеих сторон основания (1) выполнены внутренние спиралевидные каналы левый (4) и правый (5) соответственно, с возможностью заполнения насыпной керновой моделью. В центральной части основания (1) выполнен сквозной канал перехода (6) для соединения двух спиралевидных каналов (4) и (5), которое осуществляется посредством соединения типа болт-гайка (11).At the same time, on both sides of the base (1) there are internal spiral channels left (4) and right (5), respectively, with the possibility of filling with a bulk core model. In the central part of the base (1) there is a through transition channel (6) for connecting two helical channels (4) and (5), which is carried out by means of a bolt-nut connection (11).

В основании кернодержателя (1) выполнено сквозное отверстие (7) с возможностью подачи агента закачки. В спиралевидном канале (5) выполнено противоположное отверстие (8) с возможностью вывода нефти и газа. Сквозные отверстия для подачи агента закачки (7) и вывода нефти и газа (8) расположены зеркально-симметрично по сечению А-А и и повернуты на 180° относительно друг друга (см. Фиг. 2).A through hole (7) is made in the base of the core holder (1) with the possibility of supplying the injection agent. The spiral channel (5) has an opposite opening (8) with the possibility of oil and gas withdrawal. Through holes for injection agent supply (7) and oil and gas output (8) are mirror-symmetrical along the section A-A and and rotated by 180° relative to each other (see Fig. 2).

Далее заявителем приводится описание работы заявленного кернодержателя.Further, the applicant provides a description of the work of the declared core holder.

Сначала подбирают гранулометрический состав насыпной керновой модели согласно заданным значениям конечной проницаемости.First, the granulometric composition of the bulk core model is selected according to the specified values of the final permeability.

Далее проводят подготовку насыпной дезинтегрированной керновой модели путем дробления керна, отобранного с исследуемого месторождения, до определенной требуемой фракции.Next, a bulk disintegrated core model is prepared by crushing the core taken from the field under study to a certain required fraction.

Далее проводят подготовку внутренних спиралевидных каналов левого (4) и правого (5), для чего производят запаковку каждого спиралевидного канала кернодержателя предварительно подготовленной насыпной керновой моделью при помощи специального скребка. Запаковку производят при горизонтальном положении кернодержателя. Сборку кернодержателя осуществляют с требуемым усилием затяжки крепежа. Приложенное усилие рассчитывают, исходя из соответствия подготовленной насыпной керновой модели фильтрационно-емкостным свойствам коллектора исследуемого месторождения.Next, the internal spiral channels of the left (4) and right (5) are prepared, for which each spiral channel of the core holder is packed with a pre-prepared bulk core model using a special scraper. Packing is carried out with the core holder in a horizontal position. The assembly of the core holder is carried out with the required tightening force of the fasteners. The applied force is calculated based on the compliance of the prepared bulk core model with the reservoir properties of the studied field.

Затем кернодержатель помещают в фильтрационную установку, задают термобарические условия и проводят исследования по вытеснению нефти газом.Then the core holder is placed in a filtration unit, thermobaric conditions are set, and studies are carried out on the displacement of oil by gas.

По окончании эксперимента кернодержатель демонтируют, извлекают насыпную керновую модель для дальнейшего анализа остаточной нефтенасыщенности, изменения проницаемости и гранулометрического состава.At the end of the experiment, the core holder is dismantled, a bulk core model is removed for further analysis of residual oil saturation, changes in permeability and particle size distribution.

При этом следует отметить необходимость замены прокладок при каждом новом эксперименте. т.к. при накладывании сжимающих усилий прокладка подергается деформации (расплющивается).At the same time, it should be noted that the spacers need to be replaced with each new experiment. because when applying compressive forces, the gasket will deform (flatten out).

Далее заявителем приведен пример осуществления заявленного технического решения.Further, the applicant gives an example of the implementation of the claimed technical solution.

Пример 1. Проведение физического моделирования массообменных процессов при исследовании вытеснения нефти газом.Example 1. Physical modeling of mass transfer processes in the study of oil displacement by gas.

Для физического моделирования производят отбор образцов керна с одного из месторождения Западной Сибири.For physical modeling, core samples are taken from one of the deposits in Western Siberia.

Проводят подготовку насыпной дезинтегрированной керновой модели путем дробления керна, отобранного с исследуемого месторождения, до фракции 0,1-0,16 мм.A bulk disintegrated core model is prepared by crushing the core taken from the field under study to a fraction of 0.1-0.16 mm.

Далее проводят подготовку внутренних спиралевидных каналов левого и правого, для чего производят запаковку каждого спиралевидного канала кернодержателя предварительно подготовленной насыпной дезинтегрированной керновой моделью. Запаковку производят при горизонтальном положении кернодержателя при помощи специального скребка. Сборку кернодержателя осуществляют с требуемым усилием затяжки крепежа. Приложенное усилие рассчитывают экспериментальным путем, исходя из фильтрационно-емкостных свойств пласта-коллектора исследуемого месторождения.Next, the internal spiral channels of the left and right are prepared, for which each spiral channel of the core holder is packed with a pre-prepared bulk disintegrated core model. Packing is carried out with the core holder in a horizontal position using a special scraper. The assembly of the core holder is carried out with the required tightening force of the fasteners. The applied force is calculated experimentally, based on the reservoir properties of the reservoir under study.

Далее кернодержатель помещают в фильтрационную установку, задают температуру пласта и расход агента закачки.Next, the core holder is placed in a filtration unit, the reservoir temperature and the injection agent flow rate are set.

Далее проводят исследования по вытеснению нефти метаном. Исследования проводят до окончания нефтевытеснения.Further studies are carried out on the displacement of oil by methane. Research is carried out until the end of oil displacement.

По окончанию эксперимента кернодержатель демонтируют, извлекают насыпную дезинтегрированную керновую модель для дальнейшего анализа остаточной нефтенасыщенности, изменения проницаемости и гранулометрического состава.At the end of the experiment, the core holder is dismantled, a bulk disintegrated core model is removed for further analysis of residual oil saturation, changes in permeability and particle size distribution.

Результаты эксперимента приведены в Таблице на Фиг. 7.The results of the experiment are shown in the Table in FIG. 7.

По результатам, приведенным в Таблице, можно сделать вывод, что заявленный кернодержатель обеспечивает возможность проведения физического моделирования массообменных процессов при фильтрации нефти и других флюидов с газами (при различных составах и пропорциях) на насыпной дезинтегрированной керновой модели с заданной абсолютной проницаемостью и с использованием кернового материала исследуемого эксплуатационного объекта месторождения, что подтверждает достижение заявленного технического результата.According to the results shown in the Table, it can be concluded that the claimed core holder provides the possibility of conducting physical modeling of mass transfer processes during the filtration of oil and other fluids with gases (at different compositions and proportions) on a bulk disintegrated core model with a given absolute permeability and using core material the investigated operational object of the field, which confirms the achievement of the claimed technical result.

Заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна» предъявляемому к изобретениям, т.к. заявленная совокупность признаков не выявлена из исследованного уровня техники.The claimed technical solution meets the criterion of "novelty" for inventions, because the claimed set of features is not identified from the studied prior art.

Заявленное техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», т.к. не является очевидной для специалиста в силу того, что заявленная конструкция позволяет реализовать две новые задачи в одной установке, которые ранее не могли быть реализованы на аналогичных устройствах, либо таких задач ранее не ставилось в принципе, а именно, например ранее задача по подготовке дезинтегрированной модели пласта согласно заданным значениям проницаемости, с возможностью использования для размола образцов керна исследуемого месторождения, в области изучения массобменных процессов в лабораторных условиях была не осуществима, вследствие чего использование заявленного устройства обеспечивает возможность получения большего объёма информации о процессе физического моделирования вытеснения нефти газом, что способствует повышению вероятности более точного определения минимального давления смесимости и коэффициента вытеснения нефти газом для исследуемого пласта-коллектора.The claimed technical solution meets the criterion of "inventive step", because is not obvious to a specialist due to the fact that the claimed design allows the implementation of two new tasks in one installation, which could not previously be implemented on similar devices, or such tasks have not been previously posed in principle, namely, for example, the task of preparing a disintegrated model formation according to the given permeability values, with the possibility of using core samples for grinding the studied field, in the field of studying mass-transfer processes in laboratory conditions, was not feasible, as a result of which the use of the claimed device provides the possibility of obtaining more information about the process of physical modeling of oil displacement by gas, which contributes to an increase the probability of a more accurate determination of the minimum miscibility pressure and the oil-gas displacement ratio for the studied reservoir.

Заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость» предъявляемому к изобретениям, т.к. может быть осуществлено с применением стандартного оборудования и известных приемов.The claimed technical solution complies with the condition of patentability "industrial applicability" for inventions, tk. can be carried out using standard equipment and known techniques.

Claims (1)

Кернодержатель для физического моделирования массообменных процессов при исследовании вытеснения нефти газом, состоящий из основания, боковых крышек левой и правой, при этом боковые крышки левая и правая соответственно выполнены плотно прилегающими к основанию с обеих сторон с помощью болтовых соединений; между основанием, левой крышкой и правой крышкой размещена уплотнительная прокладка из мягкого металла с возможностью обеспечения герметичности кернодержателя; с обеих сторон основания выполнены внутренние спиралевидные каналы левый и правый соответственно с возможностью заполнения насыпной керновой моделью, в центральной части основания выполнен сквозной канал перехода для соединения двух спиралевидных каналов левого и правого соответственно посредством соединения типа болт-гайка; в основании кернодержателя выполнено сквозное отверстие с возможностью подачи агента закачки, а в правом спиралевидном канале выполнено противоположное отверстие с возможностью вывода нефти и газа. Core holder for physical modeling of mass transfer processes in the study of oil displacement by gas, consisting of a base, left and right side covers, while the left and right side covers, respectively, are made tightly adjacent to the base on both sides using bolted connections; between the base, the left cover and the right cover there is a sealing gasket made of soft metal with the possibility of ensuring the tightness of the core holder; on both sides of the base there are internal spiral channels left and right, respectively, with the possibility of filling with a bulk core model, in the central part of the base, a through transition channel is made to connect two helical channels, left and right, respectively, by means of a bolt-nut connection; a through hole is made in the base of the core holder with the possibility of supplying an injection agent, and an opposite hole is made in the right spiral channel with the possibility of removing oil and gas.
RU2021134537A 2021-11-25 Core holder for physical modeling of mass transfer processes in the study of oil displacement by gas RU2778624C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2778624C1 true RU2778624C1 (en) 2022-08-22

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU941560A1 (en) * 1980-07-25 1982-07-07 Институт технической теплофизики АН УССР Core holder
RU2034146C1 (en) * 1991-12-20 1995-04-30 Кирилл Сергеевич Коненков Device for testing rock samples
RU28181U1 (en) * 2002-07-12 2003-03-10 Общество с ограниченной ответственностью "Гло-Бел нефтесервис" DEVICE FOR STUDYING PHYSICAL PROPERTIES OF ROCK SAMPLES
RU2394988C1 (en) * 2008-12-31 2010-07-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья Test bench for evaluation of oil and gas yield of rock samples
RU2686139C1 (en) * 2018-05-25 2019-04-24 Публичное акционерное общество "Газпром" Filtration unit for physical simulation of oil displacement process
RU2720208C1 (en) * 2019-07-15 2020-04-28 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) Cylindrical core seal and method of sealing assembly in core holder

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU941560A1 (en) * 1980-07-25 1982-07-07 Институт технической теплофизики АН УССР Core holder
RU2034146C1 (en) * 1991-12-20 1995-04-30 Кирилл Сергеевич Коненков Device for testing rock samples
RU28181U1 (en) * 2002-07-12 2003-03-10 Общество с ограниченной ответственностью "Гло-Бел нефтесервис" DEVICE FOR STUDYING PHYSICAL PROPERTIES OF ROCK SAMPLES
RU2394988C1 (en) * 2008-12-31 2010-07-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья Test bench for evaluation of oil and gas yield of rock samples
RU2686139C1 (en) * 2018-05-25 2019-04-24 Публичное акционерное общество "Газпром" Filtration unit for physical simulation of oil displacement process
RU2720208C1 (en) * 2019-07-15 2020-04-28 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) Cylindrical core seal and method of sealing assembly in core holder

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10584582B2 (en) Method and apparatus for testing lost circulation materials for subterranean formations
CN204679347U (en) A kind of drilling fluid pressurization sealing crushing test device
US20140290937A1 (en) Shale fracture flow simulation apparatus
CN102590456A (en) Device and method for simulating volume fracturing of horizontal well on shale reservoir stratum
CN112459760B (en) Carbon dioxide energy storage composite fracturing experimental device
CN107288632B (en) Coal-rock reservoir drainage and production water source and pressure drop path simulation device and method
CN112627783B (en) Experimental device for low-frequency pressure transformation improves gas injection recovery ratio
CN110118692B (en) Method for quantitatively simulating dynamic change of seam width during temporary blocking in seam
CN2849724Y (en) Intelligent high temp. high pressure dynamic leaking stoppage evaluating tester
CN108952678B (en) Heterogeneous coal-bearing rock reservoir gas production contribution rate simulation test device and test method
Shekhawat et al. Proppant's performance with reservoir rock under variable closure pressure: Results of experiments with a newly developed experimental set-up
RU2778624C1 (en) Core holder for physical modeling of mass transfer processes in the study of oil displacement by gas
AU2013403995B2 (en) Modular sensed annular well apparatus for cement testing
CN114352238A (en) Device and method for testing flow conductivity of natural gas hydrate production increasing seam
CN110857943A (en) Experimental device for can be used to induced crack leaking stoppage simulation evaluation
Ahammad et al. An experimental development to characterise the Flow phenomena at THE Near-Wellbore Region
CN109425543A (en) A kind of two-way breakthrough pressure measurement device of rock sample and method
CN204960921U (en) Shutoff drilling fluid test evaluation appearance
CN202795075U (en) Quantitative control device for releasing high-pressure fluid
Kazeminia et al. Predicting leakage in packed stuffing boxes
RU2698345C1 (en) Enhanced oil recovery method
Verisokin et al. Simulation of proppant flowback from hydraulic fractures
Copeland The Impact of Proppant Grain Size Distribution on Fracture Conductivity in Shale Formations
Nashawi et al. Well test analysis of finite-conductivity fractured wells producing at constant bottomhole pressure
Zuo et al. Conductivity performance evaluation of fractures filled with proppant of different sizes in shale with LBM-DEM