КЕРНОДЕРЖАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области исследования процессов вытеснения и фильтрации жидкостей в естественных породах-коллекторах, в частности, к устройствам для исследования физических свойств образцов керна горных пород в лабораторных условиях с использованием УИПК-установки по исследованию проницаемости кернов, и может найти применение в геологии, горной и нефтегазод сбывающей промышленности.
Известен кернодержатель для определения физических свойств образца керна, в частности, для определения вытесняющей способности рабочего агента, состоящий из корпуса в виде стального цилиндра, внутри которого размещены перфорированная гильза с резиновой манжетой для установки в ней исследуемого керна, и плунжеры. Для обеспечения герметичности между плунжером и цилиндром установлены уплотнительные элементы (см. а.с. СССР №1247723, кл. G01N 15/08, от 1985 г.)
Недостаток известного кернодержателя - недостаточная надежность, низкий срок эксплуатации из-за возможного гофрообразования резиновой манжеты при сборке кернодержателя во время установки и замены образцов керна.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является кернодержатель, содержащий корпус с размещенной в нем с образованием герметичной камеры гидрообжима резиновой манжеты, выполненной с возможностью установки в ней, по меньшей мере, одного образца керна, плунжеры, заведенные в манжету с ее противоположных торцев, уплотнительные втулки и механизмы поджатия уплотнительных втулок и плунжеров, систему подачи и отвода рабочего агента, включающую сквозные осевые каналы в каждом плунжере с выходами на торцы плунжеров, и систему гидрообжима, включающую камеру гидрообжима и штуцер в корпусе, (а.с. СССР №1656410, кл. G01N 15/08, от 1988 г.).
В указанном известном кернодержателе исключается гофрообразование резиновой манжеты при сборке кернодержателя благодаря конструктивному выполнению концевых участков резиновой манжеты и расклиниванию их уплотнительными втулками. Собранный кернодержатель монтируют в установке по исследованию проницаемости кернов - УИПК.
Однако этот известный кернодержатель позволяет определять фильтрационные свойства образца керна - проницаемость и коэффициент вытеснения - только по одному рабочему агенту - и не обеспечивает возможности совместной одновременной фильтрации двух несмешивающихся рабочих агентов (жидкостей), например, нефти и воды, поскольку его конструкция не позволяет обеспечить раздельную подачу двух рабочих агентов в образец керна горной породы.
Технический результат, на достижение которого направлен предлагаемый кернодержатель, - это его универсальность за счет расширения его функциональных возможностей по определению фильтрационных свойств образцов керна горных пород путем определения фазовой проницаемости по двум несмешивающимся рабочим агентам (жидкостям) при совместной одновременной фильтрации этих агентов при одновременном сохранении функции определения фазовой проницаемости по одному агенту, а также путем обеспечения возможности определения фильтрационных свойств кернов после воздействия бурового раствора.
Дополнительным техническим результатом является обеспечение эксплуатационной надежности кернодержателя.
Указанный технический результат достигается предлагаемым кернодержателем, содержащим корпус с размещенной в нем с образованием герметичной камеры гидрообжима резиновой манжеты, выполненной с возможностью установки в ней, по меньшей мере, одного образца керна, плунжеры, заведенные в манжету с ее противоположных торцев, уплотнительные втулки и механизмы поджатия уплотнительных втулок и плунжеров, систему подачи и отвода рабочего агента, выполненную в виде сквозных осевых каналов в каждом плунжере с выходами на торцы плунжеров, и систему гидрообжима, включающую камеру гидрообжима и штуцер в корпусе, при этом новым является то, что в плунжере системы подачи рабочего агента выполнен дополнительный сквозной канал с выходом на торец плунжера, а на входах осевого и дополнительного каналов указанного плунжера установлены вентили.
Указанный технический результат достигается за счет следующего.
Благодаря тому, что в плунжере системы подачи рабочего агента выполнен дополнительный сквозной канал с выходом на торец плунжера и, соответственно, на входную торцовую поверхность образца керна, обеспечивается возможность подвода и совместной одновременной фильтрации двух несмешивающихся рабочих агентов через образец керна с целью определения фазовой проницаемости по этим двум несмешивающимся рабочим агентам (жидкостям).
Установка вентилей на входных трубопроводах осевого и дополнительного каналов в плунжере подачи рабочего агента позволяет обеспечивать любой режим проведения исследований: либо по одному рабочему агенту при закрытом вентиле на дополнительном канале, либо по двум - при открытых вентилях; либо при закрытом одном из вентилей с последующим открытием обоих вентилей - для определения фильтрационных свойств кернов после воздействия бурового раствора. Наличие дополнительного канала при открытых вентилях на осевом и дополнительном каналах позволяет осуществлять циркуляцию бурового раствора по поверхности входного торца образца керна, что позволяет получить данные для моделирования воздействия бурового раствора на первичное вскрытие нефтяного пласта.
Это обеспечивает расширение функциональных возможностей предлагаемого кернодержателя и придает ему свойство универсальности. Возможность замены и установки образцов кернов без гофрообразования резиновой манжеты обеспечивает эксплуатационную надежность кернодержателя.
Заявляемая полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором изображен предлагаемый кернодержатель, продольный разрез.
Кернодержатель содержит корпус 1 с внутренней сквозной цилиндрической полостью, в которой размещена резиновая манжета 2 с образованием герметичной камеры 3 гидрообжима резиновой манжеты 2. Резиновая манжета 2 выполнена с фланцами 4 по торцам, в которые заведены уплотнительные втулки 5 с фланцами, повторяющими по форме форму корпуса 1 и резиновой манжеты 2. Резиновая манжета 2 выполнена с возможностью размещения в ней, по меньшей мере, одного образца керна 6 горной породы, а по торцам в резиновую манжету 2 заведены плунжеры 7 - подвода рабочего агента - и 8 - отвода рабочего агента. Механизмы 9 поджатия уплотнительных втулок 5 могут быть выполнены, например, в виде накидных гаек, а в качестве механизмов 10 поджатия плунжеров 7 и 8 могут быть использованы болтовые соединения.
Система подачи рабочего агента содержит выполненные в плунжере 7 сквозной осевой канал 11 и дополнительный сквозной канал 12, с выходами на торцовую входную поверхность керна 6, и трубопроводы 13, на которых установлены, соответственно, вентили 14 и 15. Система отвода рабочего агента содержит выполненный в плунжере 8 сквозной осевой канал 16, один выход которого связан с торцовой поверхностью плунжера 8, а другой - с приемной емкостью (на чертеже не показана). Система гидрообжима, создающая давление в камере 3 гидрообжима, включает штуцер 17 в корпусе 1 вблизи одного из концов этой камеры 3.
Кернодержатель работает следующим образом.
Вначале производят его сборку. Для этого резиновую манжету 2 вводят внутрь корпуса 1 так, чтобы ее фланцы 4 закрепились в выточках корпуса 1. Затем с каждого торца резиновой манжеты 2 вводят уплотнительные втулки 5 и поджимают их с помощью механизмов 9, например, в виде накидных гаек. В результате обеспечивается герметичность камеры 3 гидрообжима, при этом исключается гофрообразование манжеты 2. После поджатия уплотнительных втулок 5 внутрь резиновой манжеты 2 вводят цилиндрические образцы 6 керна и плунжеры 7 и 8. Благодаря тому, что концевые части резиновой манжеты 2 расклинены уплотнительными втулками 5, и благодаря тому, что цилиндрическая часть резиновой манжеты, находясь в растяженном состоянии, сохраняет строго свою цилиндрическую форму по всей длине (без гофр), обеспечивается свободное введение и выведение образцов 6 керна при их многочисленной смене. После введения плунжеров 7 и 8 в резиновую манжету 2 производят торцовое сжатие образцов 6 керна плунжерами 7 и 8 с помощью механизмов 10, например, болтовыми соединениями.
Затем, располагая собранный кернодержатель в вертикальном или наклонном положении штуцером 17 вверх, через него в камеру 3 гидрообжима заливают рабочую жидкость (обычно керосин), по мере поступления которой из камеры 3 гидрообжима полностью выходит воздух. После этого кернодержатель монтируют в установке УИПК по исследованию фильтрационных процессов через образцы кернов горных пород, где к штуцеру 17 подключают трубопровод для подачи рабочей жидкости под давлением в камеру 3 гидрообжима, а к плунжерам 7 и 8 - трубопроводы 13 для подачи и отвода рабочего агента, продавливая который через образцы 6 керна, определяют в последних показатели фильтрации по одному агенту, по двум агентам, по циркуляции бурового раствора - в зависимости от поставленной задачи исследования.
Для замены образцов 6 керна на новые достаточно сбросить давление рабочей жидкости, подаваемое через штуцер 17 в камеру 3 гидрообжима, не разбирая трубопровод, снять механизмы 10 поджатия и вынуть плунжеры 7 и 8.
Исследования ведут следующим образом.
1. Для определения коэффициента вытеснения и проницаемости образцов 6 керна горной породы (модели пласта) по одному рабочему агенту - нефти - предварительно в каждом образце 6 керна создается остаточная водонасыщенность методом капилляриметрии, после чего производится насыщение образцов 6 керна нефтью через основной осевой канал 11 при закрытом вентиле 15 на дополнительном канале 12. Опыты проводятся на установке УИПК с нефтями конкретных пластов. На выходе из канала 16 плунжера 8 объемы нефти и воды фиксируются.
Коэффициент вытеснения рассчитывается по формуле:
,
выт.нефти
нач
где V - объем вытесненной из керна нефти, V - объем нефти, первоначально содержащейся в керне, определенный по разности объемов пустот и остаточной воды.
2. Для определения фазовых проницаемостей по двум несмешивающимся рабочим агентам - нефти и воде - может быть использован, по меньшей мере, один образец 6 керна, предварительно подготовленный к исследованиям; подготовка образцов включает их экстрагирование, высушивание, моделирование остаточной водонасыщенности методом капилляриметрии, насыщение углеводородной жидкостью.
При определении фазовых проницаемостей используются пластовые пробы безводной нефти и пластовой воды, а также рабочие флюиды, применяемые при разработке данного месторождения.
Определение фазовых проницаемостей проводится на нескольких режимах с различными соотношениями нефти и воды в фильтровальном потоке при постоянной суммарной скорости фильтрации двух фаз. Каждый режим фильтрации продолжается до достижения стационарного (установившегося) состояния, фиксируемого по стабилизации показаний манометров 18.
Количество режимов должно быть не менее пяти:
- 100% нефти в потоке - при открытом вентиле 14 и закрытом вентиле 15;
- 25% воды и 75% нефти в потоке - при открытых вентилях 14 и 15;
- 50% воды и 50% нефти в потоке - при открытых вентилях 14 и 15;
- 75% воды и 25% нефти в потоке - при открытых вентилях 14 и 15;
- 100% воды в потоке при открытом вентиле 15 и закрытом вентиле 14.
На выходе из канала 16 плунжера 8 объемы нефти и воды фиксируются.
Величины фазовых проницаемостей подсчитываются по формулам:
,
,
где:
нi
вi
2
- К, К - фазовые проницаемости для нефти и воды i-ого режима, мкм;
нi
вi
3
- Q, Q - расходы нефти и воды в условиях эксперимента на i-ом режиме, см/с;
н
в
- µ, µ - вязкости нефти и воды в условиях эксперимента, мПа*с;
i
5
- ΔP - перепад давления на i-ом режиме, атм (10 Па);
2
- F - площадь поперечного сечения образца керна, см;
- L - длина участка образца, на котором замеряется перепад давления, см.
восст
1
3. Оценка влияния проникающей способности фильтрата буровых растворов на коллекторские свойства пород, определение коэффициента восстановления проницаемости (К) модели пласта в целом и составляющих ее единичных образцов с использованием составных моделей пласта, проводится с использованием предлагаемого кернодержателя на установке УИПК при циркуляции бурового раствора у входного торца образца 6 керна. Подготовленные образцы 6 керна, моделирующие пласт, (прошедшие экстракцию, сушку, насыщение моделью пластовой воды, создание остаточной водонасыщенности методом капилляриметрии) помещаются в кернодержатель, и на установке УИПК при закрытом вентиле 15 на канале 12 по фильтрации одного рабочего агента - керосина - определяется начальная проницаемость (K) каждого образца по углеводородной жидкости - керосину. Затем единичные образцы 6 компонуются в составной образец (модель пласта) керна и определяется проницаемость по керосину модели в целом.
Благодаря наличию дополнительного канала 12 в плунжере 7 становится возможной циркуляция бурового раствора по поверхности входного торца образца 6 керна. Буровой раствор подается к торцу образца 6 керна по основному каналу 11 плунжера 7 и отводится от торца через дополнительный канал при открытом вентиле 15. Таким образом осуществляется так называемая «динамическая» фильтрация бурового раствора, когда буровой раствор циркулирует по поверхности торца образца в течение 4-х часов с максимально возможной скоростью.
Затем при закрытом вентиле 15 осуществляется воздействие бурового раствора на модель пласта в направлении, обратном первоначальной фильтрации керосина ("из скважины в пласт") при постоянном давлении. На выходе модели наблюдалось вытеснение керосина фильтратом бурового раствора и производилось их раздельное количественное фиксирование.
восст
2
1
После этого определяется фазовая проницаемость сначала модели в целом, а затем и единичных образцов по керосину после воздействия бурового раствора путем фильтрации керосина в направлении, обратном воздействию бурового раствора (вытеснение нефти "из пласта в скважину"). А коэффициент восстановления проницаемости (К) определяется как отношение проницаемости после воздействия бурового раствора (К) к первоначальной проницаемости (K)
.
Таким образом, предлагаемая конструкция кернодержателя обеспечивает получение следующего технического результат:
- он универсален в проведении лабораторных исследований на установках УИПК по исследованию процессов вытеснения и фильтрации жидкостей в естественных породах-коллекторах;
- он надежен и прост в работе.