SU1265551A1

SU1265551A1 - Device for studying filtering properties of rock

Info

Publication number: SU1265551A1
Application number: SU833598905A
Authority: SU
Inventors: Валерий Егорович Уляшев
Original assignee: Коми филиал Всесоюзного научно-исследовательского института природных газов
Priority date: 1983-03-11
Filing date: 1983-03-11
Publication date: 1986-10-23

Abstract

Устройство дл изучени фильтрационных свойств горных пород может найти применение в нефт ной и газовой промышленности. Цель изобретени расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечени -определени проницаемости образцов с открытыми трещинами и изучение двухфазной фильтрации. Устройство содержит герметичный корпус с крьппкой , расположенные в корпусе резиновую манжету дл бокового обжати .образца , верхний и нижний плунжеры с осевыми отверсти ми и каналы дл подвода и отвода фильтрата. В верхней части корпуса выполнена герметична камера, котора сообщена с осевым отверстием верхнего плунжера радиальными отверсти ми, выполненными на различной высоте в верхнем плунжере. В осевом отверстии сл верхнего плунжера установлена подвижна трубка с уплотнительными кольцами, а плунжеры и крышка выполнены с возможностью осевого перемещени относительно корпуса и резиновой манжеты. 2 ил. ю а СП ел елA device for studying the filtration properties of rocks can be used in the oil and gas industry. The purpose of the invention is to expand the functionality of the device by providing -determining the permeability of samples with open cracks and studying two-phase filtration. The device contains a sealed housing with a krppka, a rubber collar located in the housing for lateral compression of the specimen, upper and lower plungers with axial holes, and channels for supplying and discharging the filtrate. In the upper part of the housing there is a sealed chamber, which communicates with the axial opening of the upper plunger by radial holes made at different heights in the upper plunger. A movable tube with sealing rings is installed in the axial bore of the upper plunger, and the plungers and the cover are axially displaced relative to the housing and the rubber cuff. 2 Il. I ate ate

Description

Изобретение относится к технике определения физических свойств горных пород и может найти применение в нефтяной и газовой промышленности при лабораторных исследованиях проницаемости образцов горных пород.The invention relates to techniques for determining the physical properties of rocks and may find application in the oil and gas industry in laboratory studies of the permeability of rock samples.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения определения проницаемости образцов с открытыми трещинами, а также изучения двухфазной фильтрации.The aim of the invention is to expand the functionality of the device by providing a determination of the permeability of samples with open cracks, as well as the study of two-phase filtration.

На фиг. 1 представлена схема устройства в режиме определения фильтрационных свойств при установившемся течении жидкости; на фиг. 2 схема устройства при.работе в режиме неустановившегося течения.In FIG. 1 shows a diagram of a device in the mode of determining filtration properties with a steady fluid flow; in FIG. 2 diagram of the device during operation in unsteady flow mode.

Устройство состоит из крышки 1, в которой установлен верхний плунжер 2 с радиальными отверстиями 3. В осевом отверстии плунжера размещено средство регулирования давления жидкости (трубка) 4. Уплотнительная прокладка 5 служит для изоляции боковой поверхности исследуемого образца 6 от линии подачи агента фильтрации на торцовую поверхность образца, а также для распределения давления по ее площади. Корпус устройства выполнен составным в виде трех секций 7-9, соединенных резьбовыми со- . единениями и сжимающими внутренними частями торцовых поверхностей выступы резиновой манжеты 10, с целью исключения возможности прорыва агента гидрообжима к исследуемому образцу . Торцовое сжатие образца осуществляется с помощью нижнего плунжера 11, имеющего осевое отверстие 12, путем подачи агента обжима через канал 13 в нижнюю часть полости секции 9. Боковое сжатие исследуемого образца осуществляется нагнетанием агента гидрообжима через канал 14 в пространство между резиновой манжетой и внутренней стенкой секции 8. Отвод или подвод агента фильтрации, проходящего через боковую поверхность, осуществляется через канал 15. Крышка устройства и верхняя секция корпуса образуют камеру 16 для заполнения жидкостью фильтрации.’Каналы 17 и 18, расположенные в крышке устройства, необходимы для заполнения камеры жидкостью или для подлавливания жидкости при изучении фильтрационных свойств образца под высоким давлением. Верхний плунжер закреплен следующим помещает10, выступы прижаты сек25 в крышке при помощи гайки 19, Для •предупреждения поднятия трубки 4 при подаче через нее агента фильтрации под давлением в верхней части плунжера установлены вкладыши 20, прижимаемые к трубке винтами 21. Для изоляции и уплотнения пространств между отдельными деталями применены резиновые кольца 22. В зависимости от размеров соприкасающихся деталей кольца имеют различные диаметры.The device consists of a cover 1, in which an upper plunger 2 with radial holes 3 is installed. In the axial hole of the plunger there is a fluid pressure control means (tube) 4. A sealing gasket 5 serves to isolate the side surface of the test sample 6 from the supply line of the filtering agent to the end surface sample, as well as for the distribution of pressure over its area. The housing of the device is made integral in the form of three sections 7-9 connected by threaded co. by the joints and compressive internal parts of the end surfaces, the protrusions of the rubber cuff 10, in order to exclude the possibility of a breakthrough of the hydraulic crimping agent to the test sample. End compression of the sample is carried out using the lower plunger 11, having an axial hole 12, by supplying a crimping agent through the channel 13 to the lower part of the cavity of the section 9. Lateral compression of the test sample is carried out by pumping the hydraulic crimping agent through the channel 14 into the space between the rubber cuff and the inner wall of the section 8 The removal or supply of the filtration agent passing through the side surface is carried out through the channel 15. The cover of the device and the upper section of the housing form a chamber 16 for filling with filtration fluid. ’Channels 17 and 18 located in the cover of the device are necessary to fill the chamber with liquid or to melt the liquid when studying the filtration properties of the sample under high pressure. The upper plunger is secured by the following places10, the tabs are pressed sec25 in the cover using the nut 19, To • prevent the tube 4 from lifting when the filtration agent is supplied under pressure, liners 20 are installed in the upper part of the plunger, pressed against the tube by screws 21. To isolate and seal the spaces between rubber rings 22 are used as individual parts. Depending on the sizes of the contacting parts, the rings have different diameters.

Вентиля 23-27 служат для перекрытия соответствующих каналов 13, 14, 15, 17 и 18, предназначенных для отвода и подвода агентов фильтрации и создания гидравлического обжима образца.Valves 23-27 are used to overlap the corresponding channels 13, 14, 15, 17 and 18, designed to drain and supply filtration agents and create a hydraulic crimp of the sample.

Устройство работает .образом.The device works.

Исследуемый образец ся в резиновую манжету которой предварительно днями 7 - 9. В зависимости от поставленной задачи образец может находиться в резиновой манжете как полностью, так и частично.The test specimen is placed in a rubber cuff, which is preliminarily days 7 - 9. Depending on the task, the sample can be in the rubber cuff either completely or partially.

Так, при определении трещинной и матричной проницаемости в условиях равномерного или неравномерного I сжатия образец обжимают резиновой манжетой по всей длине. В этом случае крышку I устанавливают таким образом, чтобы плунжер 2 опустился 'на торцовую поверхность исследуемого образца горной породы (фиг.1). После этого через канал 13 подают агент гидравлического обжима в нижнюю часть секции 9. Под давлением жидкости плунжер 11 сжимает образец породы к плунжеру 2. Необходимое значение величины давления торцового обжима создают с помощью гидравлического пресса и фиксируют по манометру, находящемуся на панели установки (не показано). Затем образец обжимают с боков нагнетанием агента обжима через канал 14 в пространство между резиновой манжетой 10 и внутренней стенкой секции 8. Трубку 4, ₍предназначенную для регулирования давления жидкости на образец, перемещают (опускают) до поверхности горной породы и с помощью нижнего уплотнительного кольца изолируют .последнюю от камеры 16. При таком положении трубки 4 возможно определение проницаемости при линейной фильтрации жидкости или газа, подаваемого на образец непосредственно через трубку 4. Расходы газа или жидкости, прошедшей через образец, замеряются расходомерами, установленными на выходе отверстия 12..So, when determining the fracture and matrix permeability under conditions of uniform or uneven I compression, the sample is squeezed with a rubber cuff along the entire length. In this case, the cover I is installed so that the plunger 2 is lowered 'on the end surface of the investigated rock sample (figure 1). After that, a hydraulic crimping agent is fed through the channel 13 to the lower part of section 9. Under pressure of the liquid, the plunger 11 compresses the rock sample to the plunger 2. The required value of the pressure of the mechanical crimping is created using a hydraulic press and fixed by a pressure gauge located on the installation panel (not shown ) Then the sample is squeezed from the sides by injection of the crimping agent through the channel 14 into the space between the rubber sleeve 10 and the inner wall of section 8. The tube 4, ₍ designed to control the pressure of the liquid on the sample, is moved (lowered) to the surface of the rock and is isolated with the lower sealing ring last from the chamber 16. With this position of the tube 4, it is possible to determine the permeability during linear filtration of the liquid or gas supplied to the sample directly through the tube 4. The flow rates of gas or liquid passed th through the sample are measured by flow meters installed at the outlet opening 12 ..

Определение проницаемости трещино- ₅ватых образцов при ламинарном течении жидкости требует создания избыточных давлений значительна ниже атмосферного. Поэтому данное устройство снабжено камерой 16 для .жидкости и сред- ю ством для регулирования давления жидкости на образец - трубкой 4.Determination of the permeability of fractured _5- woven samples in the case of a laminar fluid flow requires the creation of excess pressures significantly lower than atmospheric. Therefore, this device is equipped with a chamber 16 for liquid and a means 4 for regulating the pressure of the liquid on the sample.

При открытых вентилях 26 и 27 камера 16 наполняется жидкостью, йредназначенной для фильтрации. После пе-15 рекрытия вентилей 26 и 27 передвижением трубки 4 в плунжере 2 устанавливается необходимое давление жидкости на образец. В зависимости от высоты поднятия трубки, соединенной 20 с атмосферой, абсолютное давление жидкости на поверхность горной породы будет равнымWith open valves 26 and 27, the chamber 16 is filled with liquid intended for filtration. After re-closing the valves 26 and 27 by moving the tube 4 in the plunger 2, the necessary fluid pressure on the sample is established. Depending on the height of the tube connected to the atmosphere, the absolute pressure of the liquid on the surface of the rock will be equal

P=(fh)+P_o, (1) где у - удельный вес жидкости, кг/см³;25 h - высота поднятия трубки от поверхности образца, см;P = (fh) + P _o , (1) where y is the specific gravity of the liquid, kg / cm ³ ; 25 h is the height of the tube rising from the surface of the sample, cm;

- давление жидкости на уровне нижнего конца трубки, равное атмосферному (нулевая линия),зо кгс/см².- fluid pressure at the level of the lower end of the tube, equal to atmospheric (zero line), z kgf / cm ² .

Следовательно, при поднятии трубки над поверхностью образца на высоту h жидкость из камеры 16 через радиальные отверстия 3 и осевое отверс-₃₅тие плунжера 2 будет поступать на образец и фильтроваться через него под постоянным давлением, согласно формулы (1), до тех пор, пока уровень жидкости в камере не достигнет торца до трубки. В данном случае будет наблюдаться установившаяся фильтрация жидкости. В дальнейшем, когда уровень жидкости достигнет нулевой линии, ее давление начнет постоянно 45 уменьшаться и на каждой отметке будет характеризоваться величиной „ р = γ· h , (2) где h - высота уровня жидкости над поверхностью образца. ⁵⁰ Therefore, when the tube is raised above the surface of the sample to a height h, the fluid from the chamber 16 through the radial holes 3 and the axial opening _{35 of the} plunger 2 will enter the sample and filter through it under constant pressure, according to formula (1), until the liquid level in the chamber does not reach the end to the tube. In this case, steady fluid filtration will be observed. Subsequently, when the liquid level reaches the zero line, its pressure will begin to decrease 45 continuously and at each elevation it will be characterized by the quantity „p = γ · h, (2) where h is the height of the liquid level above the surface of the sample. ^fifty

При таком режиме работы фильтрация будет подчинена законам неуста— новившегося течения жидкостей, так как давление жидкости, определяемое по формуле (2), постоянно изменяется ⁵⁵(уменьшается).In this mode of operation, the filtration will be subject to the laws of an unstable flow of fluids, since the fluid pressure, determined by formula (2), constantly changes ⁵⁵ (decreases).

Таким образом, устройство позволяет определение фильтрационныхThus, the device allows the determination of filtration

1265551 4 свойств трещиноватых образцов при установившемся и неустановившемся течении жидкости (фиг, 2).1265551 4 properties of fractured specimens with steady and unsteady fluid flow (FIG. 2).

При изучении двухфазной фильтрации через образцы горных пород уплотнительное кольцо 22, расположенное внизу трубки 4, снимают для того, чтобы жидкость из камеры 16 могла поступать на образец при максимально опущенной трубке. После закрепления трубки винтом 21 через нее подают к образцу одну из фаз, предназначенных для фильтрации, а через канал -1 7 - другую. Перемешиваясь над поверхностью образца, обе фазы фильтруются через него. Расходы фаз определяют расходомерами, подключенными к выходу канала 12.When studying two-phase filtration through rock samples, the O-ring 22 located at the bottom of the tube 4 is removed so that the liquid from the chamber 16 can enter the sample with the tube as low as possible. After fixing the tube with a screw 21, one of the phases intended for filtration is supplied to the sample through it and through the channel -1 7 the other. By mixing over the surface of the sample, both phases are filtered through it. The flow rate of the phases is determined by flow meters connected to the output of channel 12.

Поинтервальное определение равнонаправленной и радиальной фильтрации жидкостей и газов осуществляют следующим образом. Допустим, что в начальный момент исследуемый образец 6 находится в положении, показанном на фиг. 2. Открыв вентиль 2.4 снижают давление бокового обжима до (атмосферного. Необходимое положение образца в резиновой манжете 10 устанавливают раскручиванием крышки 1. Одновременное передвижение образца происходит за счет давления торцового гидравлического обжима, передаваемого на плунжер 11. Зафиксировав таким образом крышку на определенной высоте и снова обжав с боков, определяют проницаемость образца на данном интервале. Расходы фильтрующихся агентов при определении разнонаправленной проницаемости фиксируют на выходе каналов 12 и 15, а при радиальной фильтрации - на выходе канала 15 при перекрытом канале 12 (на фиг. 1 осевое отверстие в образце показано пунктирной линией).The interval determination of uniformly and radially filtering liquids and gases is as follows. Assume that at the initial moment the test sample 6 is in the position shown in FIG. 2. By opening valve 2.4, reduce the pressure of the side crimp to (atmospheric. The required position of the sample in the rubber cuff 10 is set by unscrewing the cover 1. Simultaneous movement of the sample occurs due to the pressure of the mechanical end crimp transferred to the plunger 11. Having fixed the cover at a certain height and again squeezing from the sides, determine the permeability of the sample at this interval. The flow rates of the filtering agents in determining multidirectional permeability are fixed at the output of channels 12 and 15, and at radial filtration - at the outlet of channel 15 with blocked channel 12 (in Fig. 1, the axial hole in the sample is shown by a dashed line).

Затем образец передвигают на следующую высоту с последующие опре-делением проницаемости данного интервала и т.д. до положения, показанного на фиг. 1.Then the sample is moved to the next height with subsequent determination of the permeability of this interval, etc. to the position shown in FIG. 1.

Сравнивая полученные данные объемных расходов жидкости или газа на каждом интервале, оцениваю фильтрационную способность исследуемого образца и структуру его фильтрационных каналов.Comparing the obtained data on the volumetric flow rates of a liquid or gas at each interval, I evaluate the filtration capacity of the test sample and the structure of its filtration channels.

Claims

1 The invention relates to a technique for determining the physical properties of rocks and can be used in the oil and gas industry in laboratory studies of the permeability of rock samples. The aim of the invention is to enhance the functionality of the device by providing a determination of the permeability of specimens with open cracks, as well as the study of two-phase filtration. FIG. 1 is a schematic of the device in the mode of determining the filtration properties at steady-state fluid flow; in fig. 2 scheme of the device at work c) the mode of unsteady flow. The device consists of a cap 1 in which an upper apunger 2 with radial holes 3 is installed. A fluid pressure regulating means (tube) 4 is placed in the axial bore of the plunger. A sealing gasket 5 serves to isolate the side surface of the test sample 6 from the supply line of the filtration agent on the end face of the sample, and also to distribute the pressure over its area. The housing of the device is made up of three sections 7–9 connected by threaded unions and compressing internal parts of the end surfaces of the protrusions of the rubber cuff 10 in order to eliminate the possibility of penetration of the hydro-pressing agent to the sample under study. Face compression of the specimen is made using the bottom 1 having an axial bore 12 by feeding the crimping agent through the channel 13 into the lower part of the cavity of section 9. The lateral compression of the specimen under study is performed by injecting a hydro-pressing agent through the channel 14 into the space between the rubber cuff and the inner wall of the section 8. The filter agent passing through the side surface is withdrawn or brought through channel 15. The lid of the device and the upper section of the building form chamber 16 for filling with filtration fluid. Channels 1 7 and 18, located in the lid of the device, are required to fill the chamber with liquid or to press liquid when studying filtration properties of the sample under high pressure. The top plunger is fixed 551J in the lid with a nut 19. To prevent the tube 4 from being lifted when the filtering agent is fed through it, liners 20 are installed in the upper part of the plunger, pressed to the tube with screws 21. For insulating and sealing the spaces between the individual parts rubber rings 22. Depending on the sizes of the adjoining parts, the rings have different diameters. Valves 23-27 serve to shut off the respective channels 13, 14, 15, 17 and 18, which are designed to drain and feed the filtering agents and create a hydraulic crimping of the sample. The device works as follows. Test sample 6 is placed in a rubber cuff 10, the protrusions of which are pre-pressed in sections 7 through 9. Depending on the task, the sample may be in the rubber cuff either fully or partially. Thus, when determining the fracture and matrix permeability, under conditions of uniform or uneven compression, the sample is compressed with a rubber cuff along its entire length. In this case, the cylinder 1 is installed in such a way that the plunger 2 is lowered onto the end surface of the rock sample under investigation (Fig. 1). After that, through the channel 13, the hydraulic crimping agent is fed to the lower part of section 9. Under fluid pressure, the plunger 11 compresses the rock sample to the plunger 2. The required value of the face crimp pressure is created using a hydraulic press and fixed to a pressure gauge located on the installation panel (not shown). The sample is then crimped from the sides by injecting the crimping agent through the channel 14 into the space between the rubber cuff 10 and the inner wall of section 8. The tube 4, designed to regulate the fluid pressure on the sample, is moved (lowered) to the surface of the rock and the last ring is insulated from the chamber 16. With this position of the tube 4, it is possible to determine the permeability when linearly filtering a liquid or gas supplied to the sample directly through the tube 4. The flow of gas or liquid passed through the sample, are measured by flow meters installed at the outlet of hole 12. Determining the permeability of a crack in a cotton sample during laminar flow requires creating excessive pressures well below atmospheric pressure. Therefore, this device is equipped with a chamber 16 for liquid and a means for regulating the pressure of the bone on the sample — tube 4. With the valves 26 and 27 open, chamber 16 is filled with a fluid assigned to be filtered. After n closing the valves 26 and 27 by moving the tube 4 in the plunger 2, the required fluid pressure is set on the sample. Depending on the height of the elevation of the tube connected to the atmosphere, the absolute pressure of the bones on the rock surface will be P (Ji h), (1) where f is the specific gravity of the fluid, kg / cm h is the height of the elevation of the tube from the surface sample cm; PJ is the fluid pressure at the lower end of the tube equal to atmospheric (zero line kgf / cm. Consequently, when the tube is lifted above the sample surface to a height h, fluid from chamber 16 through the orifices 3 and the axial opening of the plunger 2 will flow to the sample and filtered through it under constant pressure, according to the formula (1), until the level of the liquid in the chamber reaches the end of the tube. In this case, steady state filtration of the liquid will be observed. line, its pressure will begin to decrease continuously and at each mark will be characterized by the value of P Y h, (2) where h is the height of the liquid level above the sample surface. In this mode of operation, the filtering will be subject to unsteady flow laws, as The formula (2) is constantly changing (decreasing). Thus, the device allows the determination of the filtration properties of fractured samples with steady and unsteady fluid flow (Fig. 2). When studying two-phase filtration through rock samples, the sealing ring 22 located at the bottom of the tube 4 is removed so that the fluid from the chamber 16 can flow to the sample with the tube as low as possible. After fixing the tube with a screw 21 through it, one of the phases to be filtered is fed to the sample, and the other through the channel -1 7. Stirring over the surface of the sample, both phases are filtered through it. Phase flow rates are determined by flow meters connected to the output of channel 12. The interval determination of the unidirectional and radial filtration of liquids and gases is carried out as follows. Assume that, at the initial moment, the test sample 6 is in the position shown in FIG.

2. Opening the valve 2.4 reduces the side crimp pressure to | atmospheric. The required position of the specimen in the rubber cuff 10 is established by unwinding the bristle 1. Simultaneous movement of the specimen takes place due to the pressure of the end hydraulic crimping transmitted to the plunger 11. By fixing the cap at a certain height and again wringing from the sides, the permeability of the specimen is determined at this interval. The costs of filtering agents in determining multidirectional permeability are fixed at the exit of the channels 12 and 15, and for radial filtration at the exit of the channel 15 with the channel 12 blocked (in Fig. 1, the axial hole in the sample is shown by the dotted line). Then the sample is moved to the next height with the subsequent determination of the permeability of this interval, etc. to the position shown in FIG. 1. Comparing the obtained data of the volume flow rates of a liquid or gas at each interval, I estimate the filtration capacity of the sample under study and the structure of its filtration channels. Apparatus of the Invention A device for studying the filtration properties of rocks, rocks