УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОДЕЛИ ПЛАСТА ИЗ КЕРНА

Полезная модель относится к области исследования фильтрационных характеристик пористой среды с целью изучения эффективности процессов вытеснения различных флюидов на естественных кернах и предназначена для подготовки модели пласта к исследованию.
Для хорошо сцементированных кернов используют традиционную процедуру изготовления модели пласта, заключающуюся в изготовлении образцов цилиндрической формы из отобранного керна с последующим его размещением в кернодержателе (RU 2253855).
Однако известное решение не пригодно при изготовлении модели пласта из слабосцементированных кернов, поскольку физическое воздействие на керн приводит к его разрушению и потере образцом свойств, присущих естественному керну.
Также известно устройство для изготовления моделей образцов из слабосцементированных горных пород, выполненное на базе цилиндрического контейнера, пространство которого заполняют керном, предварительно подготовленным для сохранения своей структуры, и разрушенной частью породы керна, при этом упомянутый контейнер содержит два подвижных поршня и два пористых фильтра, препятствующие выносу из образца его рыхлой части (RU 2184363).
Из известных решений наиболее близким к предлагаемому является устройство для изготовления модели пласта из керна, описанное в способе определения упругих свойств слабосцементированных горных пород, содержащее цилиндрический контейнер, в котором размещают сформированные из песка определенной фракции и глинистости цилиндры образцов, и пресс, в который помещают упомянутый контейнер с предварительно уплотненным керном и сжимают его осевой нагрузкой до стабилизации эффективного давления (RU 2424499).
Недостатком указанных устройств для подготовки модели пласта из естественных кернов является сложность контроля за плотным прилеганием торцевых поверхностей кернов друг к другу. При этом при изготовлении модели пласта, могут появиться воздушные зазоры между кернами, которые приводят к искажению экспериментальных фильтрационных исследований.
Кроме того, поскольку керн слабосцементированных пород поступает в разрушенном виде, известные устройства не позволяют получить модель пласта, свойства которой отвечали бы свойствам керна в естественных условиях залегания в пласте, что в конечном результате не обеспечивает проведение достоверных исследований на такой модели.
Задачей полезной модели является создание устройства, обеспечивающего подготовку модели пласта из слабосцементированных кернов, адекватную по своим свойствам представительному образцу керна.
Проставленная задача достигается тем, что устройство для изготовления модели пласта из керна содержит последовательно установленные камеру формирования модели пласта и камеру подачи исходного кернового материала, которые сообщаются между собой и герметично связаны, причем камера формирования модели пласта выполнена в виде металлического патрубка с коаксиально установленной в нем эластичной манжетой для создания обжимающего давления на керновый материал, снабженного штуцером для подачи флюида в полость патрубка, установленным на его переднем торцевом фланце, а камера подачи исходного кернового материала выполнена в виде металлического патрубка с размещенным в нем поршнем, уплотненный шток которого закреплен на свободном торце упомянутого патрубка, при этом на заднем конце патрубка камеры формирования модели пласта, сочлененным с патрубком камеры подачи исходного кернового материала, установлено пружинное кольцо.
А также тем, что на боковой стороне патрубка камеры формирования модели пласта установлен, по меньшей мере, один дополнительный штуцер для удаления избытка воздуха из зазора между эластичной манжетой и патрубком камеры формирования модели пласта.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана принципиальная схема предлагаемого устройства.
Предлагаемое устройство состоит из двух последовательно установленных камер - камеры формирования модели пласта и камеры подачи исходного кернового материала.
Камера формирования модели пласта выполнена в виде металлического патрубка 1 с коаксиально установленной в нем эластичной манжетой 2, например резиновой, для создания обжимающего давления на керновый материал. На переднем конце патрубка 1 установлен торцевой фланец 3, в котором размещен штуцер 4 для подачи флюида в полость патрубка 1 камеры формирования модели пласта, а на боковой стороне указанного патрубка установлен, по меньшей мере, один дополнительный штуцер 5 для удаления избытка воздуха из зазора между манжетой 2 и патрубком 1.
Камера подачи исходного кернового материала выполнена в виде металлического патрубка 6 с размещенным в нем поршнем 7, шток 8 которого с торцевым уплотнением 9 закреплен на свободном торце 10 упомянутого патрубка. На заднем конце патрубка 1 камеры формирования модели пласта, сочлененным с патрубком 6 камеры подачи исходного кернового материала размещено пружинное кольцо 11. На стыке сочленения патрубков 1 и 6 установлен фиксирующий разъем 12 с прокладкой 13 для обеспечения жесткости и герметичности их соединения. Керны, из которых формируется модель пласта, обозначены на чертеже позицией 14.
Устройство работает следующим образом.
В патрубок 1 помещают резиновую манжету 2 и фиксируют ее на одном из концов патрубка 1 с помощью торцевого фланца 3 с уплотнением. Затем посредством пружинного кольца 11 фиксируют второй конец резиновой манжеты 2, прижимая его к внутренней поверхности патрубка 1. В полость патрубка 6 помещают все керны 14 для последующего создания модели пласта. Поршень 7 находится при этом в крайнем правом положении. Внутренний диаметр патрубка 6 позволяет свободное перемещение кернов 14 в его полости. Между патрубками 1 и 6 устанавливают уплотнительную прокладку 13, которая обеспечивает герметичность соединения. С помощью фиксирующего разъема 12 производят соединение патрубков 1 и 6. Через штуцер 4 воздухом создают избыточное давление внутри указанных патрубков, достаточное для увеличения диаметра резиновой манжеты 2 до внутреннего диаметра патрубка 1. Это увеличение внутреннего диаметра резиновой манжеты 2 зависит от конструктивных особенностей и материала резиновой манжеты 2 и составляет 1-2 миллиметра. Такого увеличения диаметра вполне достаточно для свободного перемещения кернов 14 внутри резиновой манжеты 2.
Для удаления избытка воздуха из зазора между манжетой 2 и патрубком 1 служит штуцер 5, что дополнительно способствует более плотному прилеганию манжеты 2 к внутренней поверхности патрубка 1 и увеличению внутреннего диаметра манжеты 2.
Передвигая шток 8, плавно перемещают всю колонку из кернов в резиновую манжету 2. По величине перемещения штока 8 можно также определять качество упаковок кернов 14 в манжету 2 и контролировать отсутствие зазоров между кернами. Уплотнение 13 служит для герметизации внутренней полостей патрубков 1 и 6.
По окончании перемещения кернов в патрубок 1 камеры формирования модели пласта, избыточное давление в ее внутренней полости и полости патрубка 6 сбрасывают. Резиновая манжета 2 возвращается в исходное состояние и плотно обжимает керны 14. Производят демонтаж камеры подачи исходного кернового материала и устанавливают на патрубок 1 второй фланец 3 со штуцером 4. Далее производят запланированные исследования кернов.
Более эффективно перемещение кернов при вертикальном положении предлагаемого устройства. Керны 14 из нижнего положения в патрубке 6 перемещаются поршнем 7 в верхнее положение в патрубок 1 камеры формирования модели пласта. Затем все устройство в сборе поворачивается на 180° и производится демонтаж камеры подачи исходного кернового материала как описано выше.
Внутреннюю резиновую манжету 2 изготовляют, как правило, из масло-бензостойкой резины (марки МБС, класс 1 со степенью твердости М или С). В соответствие с паспортными данными предел прочности при разрыве для резин такой марки составляет не менее 6-8 МПА, относительное удлинение при разрыве не менее 200-250%. Таким образом, выбранная марка резин достаточно эластична с достаточным пределом прочности. Принимая характеристику деформации линейной в зависимости от нагрузки, можно определить деформацию при избыточном давлении в 0,1 МПа в полостях обоих камер. При избыточном давлении 0,1 МПа удлинение составит 3,3%, что вполне достаточно для деформации резиновой манжеты и плотного прилегания к внутренней стенке патрубка 1 камеры формирования модели пласта.
Использование предлагаемого устройства для получения модели пласта из кернов слабосцементированных пород позволит повысить точность и достоверность исследований, проводимых на таких моделях, за счет обеспечения максимальной адекватности их свойств характеристикам породы в условиях ее естественного залегания.