Устройство для исследования образцов пористых горных пород
DEVICE FOR THE STUDY OF POROUS ROCK SAMPLES

Изобретение относится к исследованию свойств пористых горных пород и может быть использовано для определения проницаемости образцов горных пород в условиях, моделирующих пластовые. Исследование проницаемости на кернах, взятых из пластов коллекторов в лабораторных условиях, основано на оценке изменения проницаемости при физическом воздействии на них полем упругих колебаний в процессе фильтрации рабочего агента. Исследования на устройстве способствуют получению информации о фильтрационных свойствах образцов горных пород в пластовых условиях, а также влиянию на них стимулирующего фактора повышения проницаемости флюидов в поле упругих колебаний.
Известно устройство: «Кернодержатель» (патент RU №2685466 G01N 15/08 от 25.05.2018), содержащий вертикально установленную трубу с помещенным в ней образцом керна, верхний и нижний плунжеры с механизмами уплотнения и поджатия керна. В плунжерах выполнены сквозные осевые каналы для подвода и отвода рабочего агента, газа или жидкости. Недостатком устройства является отсутствие возможности обеспечить радиальное обжатие керна и подключения источника упругих колебаний к торцам керна.
Известно «Устройство для определения пористости и проницаемости образцов горных пород» (патент RU №2342646 G01N 3/00, G01N 15/08 от 21.02.2007), содержащее кернодержатель, содержащий полый корпус, верхний и нижний пуансон с осевыми каналами и гильзу из эластичного материала с размещенным внутри нее образцом горной породы цилиндрической формы с плоскими параллельными торцами. Недостатком устройства является сложность конструкции, которая требует большого объема работ по монтажу и демонтажу рамной конструкции для установки и извлечения образца горной породы, а также отсутствии возможности подключения источника упругих колебаний к торцам образца горной породы и установки датчиков колебаний к пуансонам.
Известно «Устройство для определения характеристик образцов горных пород» (патент RU №2284413 Е21С 39/00 от 31.10.2005), содержащее камеру с кернодержателем, штуцеры с трубками подачи и отвода флюида, штуцер с трубкой подачи жидкости для создания обжимающего давления, два вкладыша установленные по торцам керна и установленными на них пьезокерамическими пластинами - с одной стороны керна излучатель колебаний, с другой стороны керна - приемник колебаний. Недостатком устройства является отсутствие возможности создать осевое (горное) давление на керн, а также возможности подвода упругих колебаний большой интенсивности на низкой частоте, по сравнению с частотой на которой производятся измерения скорости распространения продольный и поперечных скоростей звука в керне.
Наиболее близким по технической сущности является описание полезной модели к патенту «Кернодержатель» (полезная модель к патенту RU №111664, G01N 15/08 от 07.07.2211), содержащая кернодержатель, резиновую манжету, плунжеры для поджатая керна в осевом направлении, штуцер в камере гидрообжима, уплотнительные втулки и механизмы поджатия резиновой манжеты, а также основной и вспомогательный каналы в плунжерах для подвода и отвода рабочего агента. Недостатком модели является сложность монтажа конструкции, которая требует полной разборки конструкции механизмов поджатия при смене керна и отсутствие возможности регулировать осевое сжатие в процессе исследований керна, а также в конструкции плунжеров отсутствует возможность подключения датчиков колебаний и подключения источника упругих колебаний.
Задачей изобретения является повышение надежности, упрощение конструкции и повышение функциональных возможностей устройства для исследования керна.
Поставленная задача достигается тем, что в устройство для исследования керна, содержащее корпус кернодержателя, резиновую манжету, плунжеры для поджатия керна с каналом для подвода и отвода рабочего агента и уплотнительные фланцы, дополнительно введены верхний и нижний опорные фланцы, разрезные кольца и фиксирующие фланцы, домкрат с корпусом крепления к нижнему опорному фланцу, причем крепление корпуса кернодержателя с опорными фланцами осуществляется при помощи разрезных полуколец, которые фиксируются фланцами, на верхнем торце верхнего плунжера установлен волновод, соединенный с ним при помощи шпильки, а к верхнему торцу волновода при помощи пайки закреплен акустический излучатель, в средней части волновода расположен опорный фланец с диаметром большим, чем диаметр плунжера, к нижнему опорному фланцу при помощи резьбового соединения крепится сварная конструкция, состоящая из трех частей: соединительный фланец, корпусная труба с вырезом и соединительный фланец для соединения с гидравлическим домкратом.
На Фиг. 1 представлена конструкция устройства в сборе. Сборка устройства начинается с нижнего опорного фланца 8, на который сверху устанавливается корпус кернодержателя 6, а снизу по резьбе присоединяется соединительный фланец 26 с корпусной трубой 24 и соединительным фланцем 27 и установленным в нем гидравлическим домкратом. Корпусная труба 24 имеет сварное соединение с фланцами 26 и 27 и составляет единый узел конструкции, в которой есть сквозной вырез для отвода трубки со штуцером 21 для подачи жидкости в камеру кернодержателя для радиального обжима керна через резиновую манжету, а также штуцера 23 для отвода рабочего агента из нижнего плунжера 4. На опорный фланец 8 устанавливается уплотнительный фланец 12, в котором по внешнему диаметру есть паз для установки герметизирующего резинового кольца 29, Фиг. 3. В верхней части уплотнительного фланца имеется конусная поверхность, на которую одевается резиновая манжета 28. В уплотнительном фланце 12 имеется отверстие, в которое вставлена трубка 25 для подвода жидкости в камеру кернодержателя, при этом трубка приварена в торце 30 к уплотнительному фланцу 12, ас другой стороны, имеет штуцер 21. Корпус камеры кернодержателя 6 устанавливается на нижний опорный фланец 8 и одевается на уплотнительное кольцо 29 на фланце 8. Крепление корпуса камеры кернодержателя 6 с опорным фланцем 8 выполняется при помощи разрезного кольца 10, которое в свою очередь закрепляется фиксирующим фланцем 14.
В верхней части устройства сборка происходит аналогично путем установки уплотнительного фланца 11 в корпус камеры кернодержателя и в резиновую манжету 28. Верхний опорный фланец 7 с предварительно установленным в него верхним плунжером 3 устанавливается на камеру кернодержателя и верхний уплотнительный фланец 11 и закрепляется разрезным кольцом 9 и фиксирующим фланцем 13.
На верхнем плунжере 3 устанавливается волновод 2 при помощи соединительной шпильки 17, на верхнем торце которого при помощи пайки закреплен магнитострикционный электроакустический преобразователь 1.
В верхнем плунжере имеется центральное отверстие 18 (фиг. 2), которое в нижней части примыкает к керну, а в верхней части заканчивается штуцером 19 для соединения с гидравлической системой. Аналогично устроено центральное отверстие в нижнем плунжере 4, к которому подсоединен штуцер 23.
Герметизация уплотнительного фланца 11 и 12 осуществляется при помощи резинового кольца 29 (фиг. 3), которое расположено в кольцевой проточке по его внешнему диаметру.
Устройство работает следующим образом.
Исходное состояние устройства начинается с монтажа основания 8 в отверстие на какой-либо рабочей поверхности. Снизу приворачивается на плунжер сварная конструкция при помощи соединения 26. Устанавливается нижний плунжер 4 в соединительный узел с домкратом 15. На плунжер 4 надевается уплотнительный фланец 12 и резиновая манжета 28, устанавливается корпус кернодержателя 6 и закрепляется при помощи полуколец 10 и фиксируется фланцем 14. Устанавливается уплотнительный фланец 11 в соединение с резиновой манжетой 28 и корпусом 6 при помощи резиновых колец 29 также как для нижнего уплотнительного фланца.
На этом подготовительная часть сборки устройства заканчивается и остается в таком неизменном состоянии на все время эксплуатации установки.
Работа по исследованию керна начинается с установки образца керна 5 в резиновую манжету через отверстие в фланце 11. Сборочный узел, состоящий из верхнего плунжера 3, предварительно надетом на него верхним опорным фланцем 7 и закрепленным на плунжере волноводом 2, вставляется в резиновую манжету 28 и закрепляется разрезными полукольцами 9 и фиксируется фланцами 13. На этом полная сборка устройства заканчивается, после чего подаются рабочие агенты в керн через штуцеры 19 и 23, а также в полость корпуса кернодержателя 6 и резиновой манжеты 28. При помощи домкрата 15 производится поджатие керна в осевом направлении и обеспечивается необходимое горное давление в процессе работы устройства путем подачи рабочей жидкости в гидроцилиндр домкрата через штуцер 22 (фиг. 1).
Процесс исследования керна состоит из двух основных частей:
1) исследование естественной проницаемости в пластовых условиях,
2) исследование проницаемости в зависимости от акустического воздействия, прикладываемого от магнитострикционного электроакустического преобразователя.
Исследование проницаемости производится по стандартной методике исследования керна, предварительно помещенного в условия, близкие к пластовым условиям, путем создания осевого сжатия и обжатия при помощи домкрата 15 и подачи жидкости под давлением к полости между корпусом кернодержателя и резиновой манжеты 28 через штуцер 21. Оценка проницаемости производится согласно закону Дарси путем измерения расхода рабочего агента протекающего по керну и перепаду давления на входе и выходе при помощи штуцеров 19 и 23. Эти измерения нужны как исходные данные для сравнения с результатами измерений проницаемости керна подверженного акустическому воздействию во второй части исследований.
Во второй части исследований включается в работу магнитострикционный излучатель, в результате чего к керну прикладывается акустическое поле упругих колебаний, которое способствует увеличению его проницаемости. Исследования проницаемости производятся аналогично первой части, после чего производится сравнение и оценка результатов измерений.
На фиг. 4 и фиг. 5 показаны графики изменения проницаемости керна в процессе фильтрации рабочего агента и акустического воздействия. Поскольку исходные параметры фильтрационных свойств кернов существенно различны, для первого керна на фиг. 4 коэффициент проницаемости составляет Кпр=8,02 мД, а для второго керна на фиг 5, Кпр=89,31 мД, влияние акустического поля тоже различно. Максимальный прирост проницаемости для первого керна составил 60%, а для второго на 150% относительно первоначальной. Таким образом, устройство позволяет выполнить исследование влияния акустического поля на проницаемость образцов пористой горной породы в условиях приближенных к пластовым, определить параметры воздействия и оценить его эффективность для увеличения производительности работы, насыщенного нефтью или водой продуктивного пласта.
Таким образом, совокупность существенных признаков устройства, согласно изобретению, обеспечивает исследования образцов пористых горных пород в условиях, близких к пластовым, устройство является простым, надежным и обеспечивает расширенные функциональные возможности изучения проницаемости кернов под влиянием внешнего акустического воздействия стимулирующего фильтрацию рабочего агента (вода, керосин, нефть), что служит петрофизическим обоснованием для повышения нефтеотдачи пластов.
Источники:
1. Патент РФ №2685466 G01N 15/08 от 25.05.1018.
2. Патент РФ №2342646 G01N 15/08от 21.02.2007.
3. Патент РФ №2284413 Е21С 39/00 от 31.10.2005.
4. Патент РФ №2343281 Е21С 39/00 от 21.05.2007.
5. Патент РФ №2680843 G01N 33/24, C01N 15/08, Е21В 49/00 от 15.03.2018.
6. Патент РФ №2394988 Е21В 49/00, Е21С 30/00, G01N 15/08 от 31.12.2008.