RU2796085C1 - Installation for measuring volume change of solid materials of organic and inorganic nature and method of carrying out such measurements - Google Patents
Installation for measuring volume change of solid materials of organic and inorganic nature and method of carrying out such measurements Download PDFInfo
- Publication number
- RU2796085C1 RU2796085C1 RU2022125022A RU2022125022A RU2796085C1 RU 2796085 C1 RU2796085 C1 RU 2796085C1 RU 2022125022 A RU2022125022 A RU 2022125022A RU 2022125022 A RU2022125022 A RU 2022125022A RU 2796085 C1 RU2796085 C1 RU 2796085C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- solid material
- pressure
- cell
- test
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs
Изобретение относится к нефтегазодобывающей сфере, а также к сфере производства различных пластичных материалов, а именно к установке и способу определения степени набухания и кинетики набухания вещества в различных средах в широком диапазоне термобарических условий.The invention relates to the oil and gas industry, as well as to the production of various plastic materials, and in particular to an installation and a method for determining the degree of swelling and swelling kinetics of a substance in various media in a wide range of thermobaric conditions.
Уровень техникиState of the art
Широко известным является прибор Жигача-Ярова и модели, выполненные на его основе [RU57006U1, 27.09.2006]. Принцип действия данного прибора основан на движении поршня при расширении породы, приведенной в контакт с водой. Данный поршень посредством штока соединен с датчиком измерения линейных перемещений, показания которого и определяются как степень набухания. Недостатками данного прибора являются невозможность проведения измерений при повышенных (>40°С) температурах и давлениях, отличных от атмосферного; невозможность измерения набухания плохо набухающих веществ; отсутствие физического смысла получаемой величины; невозможность получения данных о количестве жидкости, вступившей во взаимодействие с породой.The Zhigach-Yarov device and models based on it are widely known [RU57006U1, 27.09.2006]. The principle of operation of this device is based on the movement of the piston during the expansion of the rock brought into contact with water. This piston is connected by means of a rod to a linear displacement sensor, the readings of which are determined as the degree of swelling. The disadvantages of this device are the impossibility of measurements at elevated (>40°C) temperatures and pressures other than atmospheric; the impossibility of measuring the swelling of poorly swelling substances; lack of physical meaning of the obtained quantity; the impossibility of obtaining data on the amount of liquid that interacted with the rock.
Известен прибор [RU119887U1, 27.08.2012], в котором подача жидкости в измерительную ячейку осуществляется из второй емкости, по изменению уровня жидкости в которой делается вывод о количестве жидкости, вступившей во взаимодействие с породой. Недостатками остаются невозможность проведения измерений при пластовых условиях, невозможность измерения набухания плохо набухающих веществ.A device is known [RU119887U1, 27.08.2012], in which liquid is supplied to the measuring cell from a second tank, by changing the liquid level in which a conclusion is made about the amount of liquid that has interacted with the rock. The disadvantages are the impossibility of measurements under reservoir conditions, the impossibility of measuring the swelling of poorly swelling substances.
Известен прибор [SU1012098A, 15.04.1983] для измерения набухания твердых частиц, также основанный на смещении поршня. В отличие от описанных ранее приборов, в данной установке используется уравновешиватель в виде перевернутого стакана, помещаемый на исследуемые частицы, имеющий сетку на торце. Данный уравновешиватель приводит в движение поршень, который выталкивает воду в измерительную емкость. Недостатком описанного подхода также является невозможность измерения при пластовых условиях.Known device [SU1012098A, 15.04.1983] for measuring the swelling of solid particles, also based on the displacement of the piston. In contrast to the devices described earlier, this setup uses a balancer in the form of an inverted cup placed on the particles under study, with a mesh at the end. This balancer drives a piston that pushes the water into the measuring tank. The disadvantage of the described approach is also the impossibility of measurement under reservoir conditions.
Наиболее близким по физической сути аналогом является прибор [SU163789A1, 00.00.1964]. Исследуемое вещество помещается в прибор со штоком, который соединен с пером, приведенным в соприкосновение с фольгой на внутренней поверхности цилиндрического барабана, вращающегося с крайне медленной скоростью. В барабан подают через гидравлическую систему необходимое давление жидкости и помещают его в термошкаф. После проведения эксперимента, фольгу достают и по полученной кривой определяют кинетику изменения объема изучаемого вещества. Недостатками конструкции являются невозможность обеспечения высокоточного измерения набухания, крайне высокая металлоемкость, техническая сложность и трудность интерпретации полученных результатов.The closest physical analogue is the device [SU163789A1, 00.00.1964]. The test substance is placed in a device with a rod that is connected to a pen brought into contact with a foil on the inside of a cylindrical drum that rotates at an extremely slow speed. The required liquid pressure is supplied to the drum through the hydraulic system and placed in a heating cabinet. After the experiment, the foil is taken out and the kinetics of the change in the volume of the studied substance is determined from the obtained curve. The disadvantages of the design are the inability to provide high-precision measurement of swelling, extremely high metal consumption, technical complexity and difficulty in interpreting the results.
Заявленное изобретение устраняет вышеуказанные недостатки.The claimed invention eliminates the above disadvantages.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Техническая задача заключается в создании решения для высокоточного измерения набухания твердых материалов органической и неорганической природы в различных средах с высокой точностью в широком диапазоне термобарических условий, при этом технически упрощенного, обладающего низкой металлоемкостью и обеспечивающего легкость интерпретации полученных результатов.The technical problem is to create a solution for high-precision measurement of the swelling of solid materials of organic and inorganic nature in various media with high accuracy in a wide range of thermobaric conditions, while being technically simplified, having a low metal content and providing ease of interpretation of the results.
Технический результат заключается в обеспечении высокоточного измерения набухания твердых материалов органической и неорганической природы в различных средах в широком диапазоне термобарических условий.The technical result consists in providing high-precision measurement of the swelling of solid materials of organic and inorganic nature in various media in a wide range of thermobaric conditions.
Технический результат достигается за счет того, что установка для проведения измерений изменения объема твердых материалов органической и неорганической природы с течением времени включает термошкаф, две гидравлически соединенные между собой и с вакуумным насосом поршневые емкости, установленные в термошкафу, причем каждая указанная емкость также соединена со своим насосом высокого давления, при этом одна из емкостей выполнена в виде емкости с исследуемым флюидом, а вторая выполнена в виде емкости с исследуемым твердым материалом, причем в емкость с исследуемым твердым материалом установлена ячейка, имеющая дно, боковую цилиндрическую поверхность и крышку, причем в ячейке под крышкой установлена металлическая сетка, а на ее боковой и донной поверхностях выполнены сквозные отверстия.The technical result is achieved due to the fact that the installation for measuring the change in the volume of solid materials of organic and inorganic nature over time includes a heating cabinet, two piston tanks hydraulically connected to each other and with a vacuum pump installed in the heating cabinet, each said container is also connected to its own high-pressure pump, wherein one of the containers is made in the form of a container with the investigated fluid, and the second is made in the form of a container with the investigated solid material, and a cell is installed in the container with the investigated solid material, having a bottom, a side cylindrical surface and a cover, and in the cell a metal mesh is installed under the cover, and through holes are made on its side and bottom surfaces.
Кроме того, крышка ячейки выполнена свободно ходящей со сквозными отверстиями.In addition, the cell cover is made freely moving with through holes.
Кроме того, ячейка установлена в поршневую емкость с исследуемым твердым материалом таким образом, что крышка ячейки находится в плотном контакте с крышкой данной поршневой емкости.In addition, the cell is installed in a piston container with the investigated solid material in such a way that the cell lid is in close contact with the lid of this piston container.
Кроме того, насосы высокого давления выполнены с возможностью работы в режиме постоянного давления с использованием ПИД-регулятора и термостабилизацией гидравлической жидкости, как для сжатия и подачи флюида, так и для измерения изменения объема.In addition, high pressure pumps are designed to operate in constant pressure mode using a PID controller and thermally stabilized hydraulic fluid, both for compressing and supplying fluid, and for measuring volume change.
Кроме того, поршневые емкости выполнены металлическими.In addition, the piston tanks are made of metal.
Способ проведения измерений изменения объема твердых материалов органической и неорганической природы с течением времени с использованием установки, содержащей термошкаф, две гидравлически соединенные между собой и с вакуумным насосом емкости с поршнями для сжатия и подачи флюида и для измерения объема набухания, установленные в термошкафу, каждая из которых соединена со своим насосом высокого давления, и цилиндрическую ячейку с исследуемым твердым материалом включает в себя следующие этапы:A method for measuring the change in the volume of solid materials of organic and inorganic nature over time using an installation containing a heating cabinet, two containers hydraulically connected to each other and to a vacuum pump with pistons for compressing and supplying fluid and for measuring the volume of swelling, installed in a heating cabinet, each of which is connected to its own high pressure pump, and a cylindrical cell with the investigated solid material includes the following steps:
в ячейку для измерения набухания помещают исследуемый твердый материал;the test solid material is placed in the cell for measuring swelling;
ячейку с исследуемым твердым материалом загружают в первую поршневую емкость для измерения набухания, которую закрывают, помещают в термошкаф, подключают к первому насосу высокого давления и поднимают давление в подпоршневом пространстве емкости с исследуемым твердым материалом до давления выше атмосферного на 0,1 МПа;the cell with the test solid material is loaded into the first piston tank for measuring swelling, which is closed, placed in a heating cabinet, connected to the first high-pressure pump, and the pressure in the under-piston space of the tank with the test solid material is increased to a pressure higher than atmospheric by 0.1 MPa;
затем во вторую поршневую емкость помещают исследуемый флюид;then, the test fluid is placed in the second piston container;
закрывают вторую поршневую емкость с исследуемым флюидом, помещают в термошкаф, подключают ко второму насосу высокого давления и поднимают давление в подпоршневом пространстве емкости с исследуемым флюидом до давления испытания;close the second piston tank with the test fluid, place it in a heating cabinet, connect it to the second high-pressure pump, and raise the pressure in the sub-piston space of the tank with the test fluid to the test pressure;
включают термошкаф, нагревая его до необходимой температуры, и вакуумный насос, после чего термостабилизируют установку в течение нескольких часов;include a heating cabinet, heating it to the required temperature, and a vacuum pump, after which the installation is thermally stabilized for several hours;
поршневую емкость, содержащую исследуемый твердый материал, вакуумируют в течение нескольких часов, после чего запускают флюид в поршневую емкость с исследуемым твердым материалом, и затем вновь поднимают давление флюида до необходимого значения;the piston container containing the test solid material is evacuated for several hours, after which the fluid is launched into the piston container with the test solid material, and then the fluid pressure is again raised to the required value;
далее насос высокого давления, подключенный к поршневой емкости с исследуемым твердым материалом, переключают на рабочий режим поддержания постоянного давления с необходимой уставкой, при этом насос высокого давления, подключенный к поршневой емкости исследуемым флюидом, также переключают на рабочий режим с той же уставкой.further, the high-pressure pump connected to the piston tank with the investigated solid material is switched to the operating mode of maintaining a constant pressure with the required setting, while the high-pressure pump connected to the piston tank with the test fluid is also switched to the operating mode with the same setting.
в течение нескольких дней регистрируют изменение объема воды, откачанной насосом, и измеряют изменение объема исследуемого твердого материала.for several days, the change in the volume of water pumped out by the pump is recorded, and the change in the volume of the investigated solid material is measured.
Кроме того, ячейку загружают в поршневую емкость с исследуемым твердым материалом таким образом, чтобы крышка ячейки для набухания находилась в плотном контакте с крышкой поршневой емкости.In addition, the cell is loaded into the piston container with the test solid material in such a way that the lid of the swelling cell is in close contact with the lid of the piston container.
Кроме того, обе емкости соединяются между собой гидравлической линией.In addition, both containers are interconnected by a hydraulic line.
Кроме того, термостабилизацию установки осуществляют в течение двенадцати часов.In addition, the thermal stabilization of the installation is carried out for twelve hours.
Кроме того, поршневую емкость, содержащую исследуемый твердый материал, вакуумируют три часа.In addition, the piston container containing the test solid material is evacuated for three hours.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Фиг. 1 - Общая схема установки;Fig. 1 - General layout of the installation;
Фиг. 2 - Схема ячейки для измерения набухания;Fig. 2 - Diagram of a cell for measuring swelling;
Фиг. 3 - Зависимость степени набухания бентонита в растворе NaOH от времени при 40°C и 15 МПа;Fig. 3 - Dependence of the degree of swelling of bentonite in NaOH solution on time at 40°C and 15 MPa;
Фиг. 4 - Зависимость степени набухания резины в CO2 от времени при 90°C и 15 Мпа;Fig. 4 - Dependence of the degree of swelling of rubber in CO2 on time at 90°C and 15 MPa;
Фиг. 5 - Зависимость степени набухания сланцевой породы в растворе NaOH от времени при 110°C и 12 МПа.Fig. 5 - Dependence of the degree of swelling of shale rock in NaOH solution on time at 110°C and 12 MPa.
На фигурах цифрами обозначены следующие элементы:The figures indicate the following elements:
1 - игольчатый вентиль с отводом на вакуум-насос;1 - needle valve with outlet to the vacuum pump;
2,3 - игольчатые вентили;2,3 - needle valves;
4 - поршневая емкость с исследуемым флюидом;4 - piston tank with the studied fluid;
5 - поршневая емкость с исследуемым твердым материалом;5 - piston container with the investigated solid material;
6 - ячейка для измерения набухания с исследуемым твердым материалом;6 - cell for measuring swelling with the investigated solid material;
7 - исследуемый флюид;7 - test fluid;
8,9 - игольчатые вентили;8.9 - needle valves;
10, 11 - насосы высокого давления;10, 11 - high pressure pumps;
12 - термошкаф;12 - heating cabinet;
13 - вакуум-насос;13 - vacuum pump;
14 - исследуемый материал;14 - test material;
15 - металлические сетки (200 меш);15 - metal meshes (200 mesh);
16 - свободно ходящая крышка со сквозными отверстиями;16 - freely moving cover with through holes;
17 - сквозные отверстия в стенке ячейки;17 - through holes in the cell wall;
18 - проточка на боковой стенке ячейки;18 - groove on the side wall of the cell;
19 - дно ячейки со сквозными отверстиями;19 - cell bottom with through holes;
20 - боковая цилиндрическая поверхность.20 - lateral cylindrical surface.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Заявленная установка для проведения измерений изменения объема твердых материалов органической и неорганической природы с течением времени, включает термошкаф, насосы высокого давления, вакуумный насос, цилиндрическую ячейку со свободно ходящей крышкой, металлической сеткой и отверстиями на боковой и донной поверхностях, металлические емкости с поршнями для сжатия и подачи флюида и для измерения объема набухания.The claimed installation for measuring the change in the volume of solid materials of organic and inorganic nature over time, includes a heating cabinet, high-pressure pumps, a vacuum pump, a cylindrical cell with a freely moving lid, a metal mesh and holes on the side and bottom surfaces, metal containers with pistons for compression and fluid supply and to measure the amount of swelling.
Изобретение поясняется с помощью нижеприведенных примеров измерений и иллюстрируется фигурами 1-4.The invention is explained with the help of the following examples of measurements and is illustrated by figures 1-4.
Установка содержит, расположенные в термошкафу 12, две гидравлически соединенные между собой поршневые емкости 4 и 5 для сжатия и подачи флюида и для измерения объема набухания, каждая из которых гидравлически соединена со своим насосом высокого давления 10 и 11.The installation contains, located in the
Одна из этих емкостей 4 предназначена для исследуемого флюида 7, во второй емкости 5 установлена цилиндрическая ячейка 6 для измерения набухания, заполненная исследуемым твердым материалом 14.One of these
Ячейка 6 содержит дно 19, боковую цилиндрическую поверхность 20, крышку 16 и металлическую сетку 15. Крышка выполнена свободно движущейся со сквозными отверстиями. На боковой и донной поверхностях также выполнены сквозные отверстия. Отверстия в боковой поверхности способствуют дополнительному равномерному смачиванию флюидом всего твердого материала. На дне ячейки также может быть установлена металлическая сетка. Металлические сетки предназначены для предотвращения рассеивания породы из ячейки.The
Ячейка может быть изготовлена из химически и термостойкого полимера PEEK (полиэфир-эфиркетон).The cell can be made from chemically and heat resistant PEEK (polyether ether ketone) polymer.
Насосы высокого давления 10 и 11 выполнены с возможностью работы в режиме поддержания постоянного давления с использованием ПИД-регулятора и термостабилизацией гидравлической жидкости для сжатия и подачи флюида и измерения величины набухания.The high pressure pumps 10 and 11 are configured to operate in a constant pressure mode using a PID controller and thermally stabilized hydraulic fluid to compress and supply fluid and measure swelling.
Соединение элементов между собой гидравлическое, посредством трубопроводов. Для закрытия и открытия подачи жидкости предусмотрены соответствующие вентили, например, игольчатые, установленные в необходимых для этого местах, например, между емкостями, насосами и емкостями, собственно, как показано на фиг. 1.Connection of elements among themselves hydraulic, by means of pipelines. To close and open the liquid supply, appropriate valves are provided, for example, needle valves, installed in the places necessary for this, for example, between tanks, pumps and tanks, in fact, as shown in Fig. 1.
Изобретение обеспечивает возможность проведения измерения изменения объема твердых материалов органической и неорганической природы с течением времени в средах органической и неорганической природы в диапазоне температур 20-150°С и давлений 0-70 МПа.EFFECT: invention makes it possible to measure the change in the volume of solid materials of organic and inorganic nature over time in organic and inorganic environments in the temperature range of 20-150°C and pressures of 0-70 MPa.
Способ проведения измерений с применением вышеуказанной установки в общем виде включает подготовку образцов и установки, приведение к пластовым условиям, заполнение ячейки жидкостью, выдержку при пластовых условиях до прекращения изменения объема флюида. Применяемая ячейка с металлической сеткой, наполненной исследуемым твердым веществом, помещается в поршневую емкость с подключенным к ней насосом, выполняющим функции средства измерения изменения объема вещества при взаимодействии с закачиваемым флюидом. Подача флюида при повышенном давлении обеспечивается с помощью второго насоса. Создание повышенных температур обеспечивается с помощью размещения составных частей прибора в термошкафу.The method for carrying out measurements using the above installation in general includes preparing samples and installation, bringing to reservoir conditions, filling the cell with liquid, holding at reservoir conditions until the change in fluid volume stops. The used cell with a metal mesh filled with the investigated solid is placed in a piston tank with a pump connected to it, which acts as a means of measuring the change in the volume of the substance when interacting with the injected fluid. Fluid supply at elevated pressure is provided by a second pump. The creation of elevated temperatures is ensured by placing the components of the device in a heating cabinet.
Если точнее, то способ проведения измерений с применением вышеуказанной установки, содержащей термошкаф, две поршневые емкости для сжатия и подачи флюида и для измерения объема набухания, установленные в термошкафу, каждая из которых соединена со своим насосом высокого давления, вакуумный насос и цилиндрическую ячейку с исследуемым твердым материалом, включает в себя следующие этапы:More precisely, the method of carrying out measurements using the above installation, containing a heating cabinet, two piston tanks for compression and supply of fluid and for measuring the volume of swelling, installed in a heating cabinet, each of which is connected to its own high-pressure pump, a vacuum pump and a cylindrical cell with a test hard material, includes the following steps:
в ячейку для измерения набухания помещают исследуемый твердый материал;the test solid material is placed in the cell for measuring swelling;
ячейку с исследуемым твердым материалом загружают в первую поршневую емкость для измерения набухания, которую закрывают, помещают в термошкаф, подключают к первому насосу высокого давления и поднимают давление в подпоршневом пространстве емкости с исследуемым твердым материалом до давления выше атмосферного на 0.1 МПа;the cell with the test solid material is loaded into the first piston vessel for measuring swelling, which is closed, placed in a heating cabinet, connected to the first high-pressure pump, and the pressure in the under-piston space of the vessel with the test solid material is raised to a pressure higher than atmospheric by 0.1 MPa;
затем во вторую поршневую емкость помещают исследуемый флюид;then, the test fluid is placed in the second piston container;
закрывают вторую поршневую емкость с исследуемым флюидом, помещают в термошкаф, подключают ко второму насосу высокого давления и поднимают давление в подпоршневом пространстве емкости с исследуемым флюидом до давления испытания;close the second piston tank with the test fluid, place it in a heating cabinet, connect it to the second high-pressure pump, and raise the pressure in the sub-piston space of the tank with the test fluid to the test pressure;
включают термошкаф, нагревая его до необходимой температуры, и вакуумный насос, после чего термостабилизируют установку в течение нескольких часов;include a heating cabinet, heating it to the required temperature, and a vacuum pump, after which the installation is thermally stabilized for several hours;
поршневую емкость, содержащую исследуемый твердый материал, вакуумируют в течение нескольких часов, после чего запускают флюид в поршневую емкость с исследуемым твердым материалом, и затем вновь поднимают давление флюида до необходимого значения;the piston container containing the test solid material is evacuated for several hours, after which the fluid is launched into the piston container with the test solid material, and then the fluid pressure is again raised to the required value;
далее насос высокого давления, подключенный к поршневой емкости с исследуемым твердым материалом, переключают на рабочий режим поддержания постоянного давления с необходимой уставкой, при этом насос высокого давления, подключенный к поршневой емкости исследуемым флюидом, также переключают на рабочий режим с той же уставкой.further, the high-pressure pump connected to the piston tank with the investigated solid material is switched to the operating mode of maintaining a constant pressure with the required setting, while the high-pressure pump connected to the piston tank with the test fluid is also switched to the operating mode with the same setting.
в течение нескольких дней регистрируют изменение объема воды, откачанной насосом, и измеряют изменение объема исследуемого твердого материала.for several days, the change in the volume of water pumped out by the pump is recorded, and the change in the volume of the investigated solid material is measured.
Ячейка загружается в поршневую емкость исследуемым твердым материалом таким образом, чтобы крышка ячейки для набухания находилась в плотном контакте с крышкой поршневой емкости.The cell is loaded into the piston container with the test solid material in such a way that the lid of the swelling cell is in close contact with the lid of the piston container.
Обе емкости соединяются между собой гидравлической линией.Both tanks are interconnected by a hydraulic line.
Термостабилизироать установку могут в течение двенадцати часов.The installation can be thermally stabilized within twelve hours.
Поршневую емкость, содержащую исследуемый твердый материал, могут вакуумировать три часа.The piston container containing the test solid material can be evacuated for three hours.
Работоспособность установки обеспечивается следующим образом. Изначально вентили 1, 2, 3 - закрыты, вентили 8, 9 - открыты. Ячейка для измерения набухания 6 заполнена твердым материалом, который, благодаря присутствию сетки 15 и крышки 16, не может при набухании покинуть ячейку. Присутствие отверстий 17 способствует равномерному смачиванию флюидом всего твердого материала. Собранная ячейка загружается в поршневую емкость 5 таким образом, чтобы крышка ячейки для набухания находилась в плотном контакте с крышкой поршневой емкости. Поршневая емкость 5 подключается к насосу 10, после чего поднимается давление до значения 0,2-0,3 МПа в подпоршневом пространстве 5 с помощью гидравлической жидкости и насоса 10.The operability of the installation is ensured as follows. Initially,
В поршневую емкость 4 загружают исследуемый флюид 7, после чего подсоединяют ее к насосу 11 и поднимают давление в подпоршневом пространстве 4 до давления испытания. Включают термошкаф 12, термостабилизируют в течение 12 часов, открывают вентили 1 и 3, включают вакуумный насос, вакуумируют в течение 3 часов. После этого закрывают 1 и 3, дожидаются стабилизации температуры шкафа и запускают флюид 7 через вентили 2 и 3 в поршневую емкость 5, после чего вновь поднимают давление флюида до давления эксперимента с помощью насоса 11. С этого момента переводят насос 10 в режим работы «по давлению», при этом уставкой является равновесное давление, установившееся на плунжере насоса 10 при давлении на плунжере насоса 11, равном пластовому.The
При расширении исследуемого материала 14, он толкает свободно движущуюся крышку 16. Поскольку она находится вплотную к крышке поршневой емкости 5, она двигаться не может, в результате чего происходит движение поршня поршневой емкости 5 и повышение давления на плунжере насоса 10. Поскольку насос работает в режиме «по давлению», он будет откачивать гидравлическую жидкость из подпоршневого пространства, при этом количество откачанной гидравлической жидкости из подпоршневого пространства 5 будет равняться увеличению объема исследуемого вещества. Постоянство температуры поддерживается термошкафом 13, постоянство давления - насосом 11, подсоединненым к поршневкой емкости 4 с флюидом 7.When the
Эксперимент проводят несколько дней, определяя зависимость количества откачанной гидравлической жидкости от времени с начала эксперимента. Степень набухания определяется как:The experiment is carried out for several days, determining the dependence of the amount of hydraulic fluid pumped out on the time since the beginning of the experiment. The degree of swelling is defined as:
Где V o - начальный объем материала (мл), V н i - объем гидравлической жидкости, откачанный насосом с момента начала эксперимента.WhereV o - initial volume of material (ml),V n i is the volume of hydraulic fluid pumped out by the pump since the beginning of the experiment.
Примеры конкретных анализов приведены ниже. Они не исчерпывают всех возможностей заявленной установки и способа, но иллюстрируют ее основные применения.Examples of specific assays are provided below. They do not exhaust all possibilities of the claimed plant and method, but illustrate its main applications.
Пример 1.Example 1
В ячейку помещают 49.05 грамм бентонита. Исходя из плотности в 1.75 г/см3, его истинный объем составляет 28.02 мл. Ячейку помещают в поршневую емкость объемом 200 мл, которую закрывают и подключают к насосу высокого давления и помещают в термошкаф.49.05 grams of bentonite are placed in the cell. Based on a density of 1.75 g/ cm3 , its true volume is 28.02 ml. The cell is placed in a 200 ml piston container, which is closed and connected to a high pressure pump and placed in a heating cabinet.
Во вторую поршневую емкость помещают 200 мл раствора гидроксида натрия квалификации «хч» (далее - NaOH) в дистиллированной воде с концентрацией 2 г/л, также закрывают ее, помещают в термошкаф и подключают ко второму насосу высокого давления. Обе емкости соединяются между собой гидравлической линией с двумя закрытыми вентилями.200 ml of sodium hydroxide solution of “chemically pure” qualification (hereinafter - NaOH) in distilled water with a concentration of 2 g/l is placed in the second piston container, it is also closed, placed in a heating cabinet and connected to the second high pressure pump. Both containers are interconnected by a hydraulic line with two closed valves.
Термошкаф нагревается до 40°С, давление в емкости с NaOH увеличивают до 15 МПа. Термостабилизируют систему в течение двенадцати часов. Поршневую емкость, содержащую бентонит, вакуумируют три часа, после чего вентили между емкостями открываются. Производится подъем давления в системе до 15 МПа, после чего насос, подключенный к емкости с бентонитом, переключается на режим работы «по давлению - обратный ход» с уставкой 15 МПа, насос, подключенный к емкости с NaOH переключается на режим работы «по давлению - прямой ход» с той же уставкой.The heating cabinet is heated to 40°C, the pressure in the tank with NaOH is increased to 15 MPa. The system is thermally stabilized for twelve hours. The piston container containing bentonite is evacuated for three hours, after which the valves between the containers are opened. The pressure in the system is raised to 15 MPa, after which the pump connected to the tank with bentonite switches to the operating mode "by pressure - return stroke" with a setting of 15 MPa, the pump connected to the tank with NaOH switches to the operating mode "by pressure - forward run" with the same setting.
В течение четырех дней регистрируют изменение объема воды, откачанной насосом, работающим на обратном ходу.Within four days, the change in the volume of water pumped out by the pump running in reverse is recorded.
Результат представлен на Фигуре 3.The result is shown in Figure 3.
Пример 2.Example 2
В ячейку помещают 25.04 грамм резиновой крошки фракции 0-0.63 мм. Исходя из плотности в 1.1 г/см3, ее истинный объем составляет 22.8 мл. Ячейку помещают в поршневую емкость объемом 200 мл, которую закрывают и подключают к насосу высокого давления и помещают в термошкаф.25.04 grams of rubber crumb fraction 0-0.63 mm is placed in the cell. Based on a density of 1.1 g/cm 3 , its true volume is 22.8 ml. The cell is placed in a 200 ml piston container, which is closed and connected to a high pressure pump and placed in a heating cabinet.
Во вторую поршневую емкость помещают из баллона 300 г углекислоты марки 4.5 (далее - CO2) с давлением 5 МПа. Помещают емкость в термошкаф и подключают ко второму насосу высокого давления. Обе емкости соединяются между собой гидравлической линией с двумя закрытыми вентилями.300 g of brand 4.5 carbon dioxide (hereinafter referred to as CO 2 ) with a pressure of 5 MPa is placed into the second piston container from a cylinder. The container is placed in a heating cabinet and connected to the second high pressure pump. Both containers are interconnected by a hydraulic line with two closed valves.
Термошкаф нагревается до 90°С, давление в емкости с CO2 насосом увеличивают до 15 МПа. Термостабилизируют систему в течение 12 часов. Поршневую емкость, содержащую резину, вакуумируют 3 часа, после чего вентили между емкостями открываются. Производится подъем давления в системе до 15 МПа, после чего насос, подключенный к емкости с резиной, переключается на режим работы «по давлению - обратный ход» с уставкой 15 МПа, насос, подключенный к емкости с CO2 переключается на режим работы «по давлению - прямой ход» с той же уставкой.The heating cabinet is heated to 90°C, the pressure in the tank with CO 2 pump is increased to 15 MPa. The system is thermally stabilized for 12 hours. The piston container containing rubber is evacuated for 3 hours, after which the valves between the containers are opened. The pressure in the system rises to 15 MPa, after which the pump connected to the tank with rubber switches to the operating mode “by pressure - reverse stroke” with a setting of 15 MPa, the pump connected to the tank with CO 2 switches to the operating mode “by pressure - direct run" with the same setting.
В течение трех дней регистрируют изменение объема воды, откачанной насосом, работающим на обратном ходу.Within three days, the change in the volume of water pumped out by the pump running in reverse is recorded.
Результат представлен на Фигуре 4.The result is shown in Figure 4.
Пример 3.Example 3
В ячейку помещают 58.01 грамм горной породы сланцевого коллектора. Исходя из плотности в 2.65 г/см3, ее истинный объем составляет 21.9 мл. Ячейку помещают в поршневую емкость объемом 200 мл, которую закрывают и подключают к насосу высокого давления и помещают в термошкаф.58.01 grams of shale reservoir rock is placed in the cell. Based on a density of 2.65 g/cm 3 , its true volume is 21.9 ml. The cell is placed in a 200 ml piston container, which is closed and connected to a high pressure pump and placed in a heating cabinet.
Во вторую поршневую емкость помещают раствор NaOH в воде с концентрацией 2 г/л. Помещают емкость в термошкаф и подключают ко второму насосу высокого давления. Обе емкости соединяются между собой гидравлической линией с двумя закрытыми вентилями.A solution of NaOH in water at a concentration of 2 g/l is placed in the second piston container. The container is placed in a heating cabinet and connected to the second high pressure pump. Both containers are interconnected by a hydraulic line with two closed valves.
Термошкаф нагревается до 110°С, давление в емкости с NaOH насосом увеличивают до 12 МПа. Термостабилизируют систему в течение 12 часов. Поршневую емкость, содержащую породу, вакуумируют 3 часа, после чего вентили между емкостями открываются. Производится подъем давления в системе до 12 МПа, после чего насос, подключенный к емкости с породой, переключается на режим работы «по давлению - обратный ход» с уставкой 12 МПа, насос, подключенный к емкости с naOH переключается на режим работы «по давлению - прямой ход» с той же уставкой.The heating cabinet is heated to 110°C, the pressure in the tank with NaOH pump is increased to 12 MPa. The system is thermally stabilized for 12 hours. The piston tank containing the rock is evacuated for 3 hours, after which the valves between the tanks are opened. The pressure in the system rises to 12 MPa, after which the pump connected to the reservoir with rock switches to the operating mode "by pressure - return" with a setting of 12 MPa, the pump connected to the reservoir with naOH switches to the operating mode "by pressure - forward run" with the same setting.
В течение двух недель дней регистрируют изменение объема воды, откачанной насосом, работающим на обратном ходу.Within two weeks of days, the change in the volume of water pumped out by the pump running in reverse is recorded.
Результат представлен на Фигуре 5.The result is shown in Figure 5.
Таким образом, за счет преимуществ указанных выше, в том числе, за счет использования ячейки, состоящей из цилиндра с отверстиями на боковой поверхности для равномерной пропитки, свободно ходящей крышки и металлической сетки, использования насосов высокого давления с функцией работы в режиме постоянного давления с использованием ПИД-регулятора и термостабилизацией гидравлической жидкости, как для сжатия и подачи флюида, так и для измерения изменения объема, использования металлической емкости с поршнем, смещаемым в ходе набухания исследуемого материала и выталкивающим гидравлическую жидкость, и использования металлической емкости с поршнем для сжатия и подачи исследуемого флюида, обеспечивается возможность проведения с повышенной точностью измерения набухания твердых материалов органической и неорганической природы с течением времени в различных средах с высокой точностью в широком диапазоне термобарических условий. При этом установка является технически упрощенной, обладающей низкой металлоемкостью, обеспечивающей легкость интерпретации полученных результатов.Thus, due to the advantages of the above, including through the use of a cell consisting of a cylinder with holes on the side surface for uniform impregnation, a free-floating cover and a metal mesh, the use of high-pressure pumps with the function of operating in constant pressure mode using PID controller and thermal stabilization of the hydraulic fluid, both for compressing and supplying the fluid, and for measuring the change in volume, using a metal container with a piston displaced during the swelling of the test material and pushing the hydraulic fluid, and using a metal container with a piston for compressing and supplying the test material fluid, it is possible to measure the swelling of solid materials of organic and inorganic nature with high accuracy over time in various media with high accuracy in a wide range of thermobaric conditions. At the same time, the installation is technically simplified, has a low metal consumption, and provides ease of interpretation of the results obtained.
Claims (18)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2796085C1 true RU2796085C1 (en) | 2023-05-16 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU163789A1 (en) * | DEVICE FOR IDENTIFYING THE OCCURATION OF CLAY SOLUTIONS | |||
GB842975A (en) * | 1955-06-07 | 1960-08-04 | Deutsche Erdoel Ag | Method of and apparatus for flooding sample cores taken from oil-bearing rock strata |
RU57006U1 (en) * | 2006-05-02 | 2006-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ТюменНИИгипрогаз" | ROCK SAMPLING MEASUREMENT INSTRUMENT |
CN108195743A (en) * | 2018-03-19 | 2018-06-22 | 中国地质大学(北京) | A kind of shale imbibition measuring device and measuring method |
CN109612908A (en) * | 2019-01-08 | 2019-04-12 | 安徽理工大学 | Coal petrography porosity device and method is measured using adsorption curve |
US10443363B2 (en) * | 2016-10-31 | 2019-10-15 | Exxonmobil Upstream Research Company | Method and system for core flood testing for reservoir souring studies |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU163789A1 (en) * | DEVICE FOR IDENTIFYING THE OCCURATION OF CLAY SOLUTIONS | |||
GB842975A (en) * | 1955-06-07 | 1960-08-04 | Deutsche Erdoel Ag | Method of and apparatus for flooding sample cores taken from oil-bearing rock strata |
RU57006U1 (en) * | 2006-05-02 | 2006-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ТюменНИИгипрогаз" | ROCK SAMPLING MEASUREMENT INSTRUMENT |
US10443363B2 (en) * | 2016-10-31 | 2019-10-15 | Exxonmobil Upstream Research Company | Method and system for core flood testing for reservoir souring studies |
CN108195743A (en) * | 2018-03-19 | 2018-06-22 | 中国地质大学(北京) | A kind of shale imbibition measuring device and measuring method |
CN109612908A (en) * | 2019-01-08 | 2019-04-12 | 安徽理工大学 | Coal petrography porosity device and method is measured using adsorption curve |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9557315B2 (en) | Confining pressure measurement for zonal isolation evaluation | |
CN102621034B (en) | Reservoir capillary pressure curve determinator under high temperature and pressure | |
US8683858B2 (en) | Recirculating, constant backpressure core flooding apparatus and method | |
US9459245B2 (en) | Measurement of properties of sample of curing compositions under high pressure | |
CN110907334B (en) | Device and method for measuring radial flow oil-water relative permeability of conglomerate full-diameter core | |
CN105628551B (en) | A kind of gas hydrates density measuring device | |
WO2015176610A1 (en) | Device for evaluating foaming property of gas-soluble surfactant and application thereof | |
CN109138998B (en) | Experimental test method for high-temperature high-pressure imbibition oil displacement recovery ratio of low-permeability reservoir | |
CN206593982U (en) | A kind of rock mass swelling stress tester | |
CN109211746B (en) | Device and experimental method for simulating oil and gas migration process under geological condition | |
CN111272976B (en) | Device and method for testing soil-water characteristic curve of soil containing natural gas hydrate | |
US5747674A (en) | Device for performing thermodynamic measurements on multiphase fluids at very high pressures and temperatures | |
CN1310026C (en) | Method and device for in-site measuring gas hydrate and deposit sediment heat stability containing hydrate | |
CN111982692B (en) | Long-term deformation testing method for rock under different stress components and application thereof | |
CN107063968B (en) | Concrete gas permeability testing device and method | |
CN104034745A (en) | High-pressure nuclear magnetic resonance CO2 geological storage model test system | |
CN109507081B (en) | Synchronous measurement system and method for matrix imbibition and oil displacement | |
CN111982782B (en) | System for measuring in-situ permeability pressure gradient and mechanical property of hydrate deposit | |
CN111238565A (en) | Device and method for testing unsaturated geotechnical characteristic relation | |
RU2796085C1 (en) | Installation for measuring volume change of solid materials of organic and inorganic nature and method of carrying out such measurements | |
CN203929685U (en) | A kind of high pressure nuclear magnetic resonance CO2 geological storage model test apparatus | |
Khalifi et al. | Measurements of the molecular diffusion coefficient of dimethyl ether in water at T=(313.15–373.15 K) and P=(0.69–2.76 MPa) | |
CN113936537B (en) | Hydrocarbon generation dynamics simulation experiment device and method | |
CN113982572A (en) | Fracturing energy storage integrated experimental method and experimental device | |
CN113156080A (en) | Device and method for simulating influence law of diapir action on hydrate accumulation |