DD154639A1

DD154639A1 - Verfahren und vorrichtung zur saettigungsbestimmung an poroesen gesteinsproben

Info

Publication number: DD154639A1
Application number: DD22533680A
Authority: DD
Inventors: Peter Hoerig
Original assignee: Kretzschmar Hans Juergen
Priority date: 1980-11-20
Filing date: 1980-11-20
Publication date: 1982-04-07

Abstract

Das Verfahren und die Vorrichtung zur Saettigungsbestimmung an poroesen Gesteinsproben beziehten sich auf die Bestimmung der relativen Permeabilitaet bei Laboruntersuchungen von poroesen Gesteinsproben.Es wird die Aufgabe geloest, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der zeitlich und/oder oertlich variierenden Lage des Phasensprunges zweier Medien (Gas/Wasser) in poroesen Gesteinsproben zu schaffen. Erfindungsgemaess wird die erst von Wasser und dann von Untersuchungsgas durchstroemte Gesteinsprobe einer Durchstrahlung mit Mikrowellen ausgesetzt und das Mass der Daempfung des Hochfrequenzfeldes zur Ermittlung der Lage des Phasensprunges des Zweiphasensystems in der poroesen Gesteinsprobe herangezogen.

Description

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Titel der Erfindung

Verfahren und Vorrichtung zur Sättigungsbestiramung an porösen Gssteinsproben

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Verfahren und die Vorrichtung zur Sättigungsbestimmung an porösen Gesteinsproben finden Anwendung bei Laboruntersuchungen zur Bestimmung der relativen Permeabilität von porösen Gesteinsproben.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Als Eingabedaten zur Modellsimulierung von unterirdischen Gasspeichern bzw. Kohlenwasserstoff-Lagerstätten werden u.a. als wesentliche Parameter die relativen Permeabilitäten benötigt. Die Bestimmung dieser Parameter wird gegenwärtig nur im Labor vorgenommen. Zur Berechnung der relativen Permeabilitäten in Zweiphasensystemen (z.B, Gas-Wasser-Verdrängung) werden neben der Bestimmung der absoluten Permeabilität auch die Messung des jeweiligen Sättigungszustandes der Kernprobe benötigt. Diese Messung ist schwierig durchführbar« Es sind Lösungen bekannt, über die Veränderung des elektrischen Widerstandes, durch radiometrische Messungen und über Materialbilanzmethoden die Sätti-. gungsänderung zu bestimmen.

In der DD-PS GOIS/I58 501 (23/24 93 868) wird ein Verfahren zum Messen der Feuchtigkeit von schüttbaren und harten Stoffen aufgrund von Änderungen der durch die Dämpfungscharakteristik gekennzeichneten Dielektrizitätskonstanten und erfindungsgemäß als zusätzliches Kriterium ihre Phasendrehungs-Charakteristik

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benutzt. Diesem Verfahren haftet genauso wie den vorhergenannten der Nachteil an, daß es keine dynamische Meßmethoden sind, d.h., die ständige Veränderung der Lage der Sättigungsfront innerhalb der Gesteinsprobe nicht.direkt nachweisbar ist* Zusätzlich ist der im Ausführungsbeispiel gemachte konstruktive und elektronische Aufbau (Verwendung einer Wanderfeldröhre als HF-Generator) für den dynamischen Meßvorgang nicht geeignet«

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Bestimmung der Permeabilität von porösen Gesteinsproben, mit deren Hilfe die Nachteile der bekannten technischen Lösungen überwunden werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe die Bestimmung der zeitlieh und örtlich variierenden Lage des Phasensprunges zweier Medien (Gas/Wasser) bei der Durchströmung von porösen Gesteinsproben möglich ist,

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die von einem Zweiphasensystem durchströmte Gesteinsprobe einer Mikrowellendurchstrahlung ausgesetzt wird und die Änderung des Pegels der diese Stoffe durchdringenden elektromagnetischen UHF-Schwingungen in Abhängigkeit von den Dielektrizitätskonstanten zur Beurteilung der Permeabilität festgestellt und ausgewertet wird. Dabei wird der Effekt ausgenutzt, daß der Unterschied der Dielektrizitätskonstanten ^'von mit Wasser gesättigten und trockenen Materialien besonders groß ist - z.B. beträgt bei etwa 10 GHz der Wert für v/assergesättigte £' =60, während er für trockene Substanzen bei £.'=3 liegt» Zur genauen örtlichen und zeitlichen Bestimmung des unterschiedlichen Sättigungsgrades ist es erforderlich, die Meßanordnung, mindestens aber die zugehörigen Sende- und Smpfangseinheiten ortsveränderlich auszubilden, so daß innerhalb kurzer Zeit eine Vielzahl von Querschnitten bzw. Profilen meßtechnisch erfaßt werden können, Weiterhin ist es erforderlich, daß die Gesteinsproben, vorzugsweise in Form von Bohrkernen, mit einer Epoxidharz-

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hülle umschlossen sind, die den Austritt der beaufschlagten Medien verhindert. Die Epoxidharzhülle bewirkt keine Dämpfung der UHF-Schwingungen und beeinflußt demzufolge nicht das Meßergebnis«

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben werden.

Figur 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau' zur Durchführung des Verfahrens.

Die Gesteinsprobe 1 wird mit einem Epoxidharzmantel 19 und den Adaptern 16 zur Einleitung bzw. Ableitung des Wassers und des Untersuchungsgases versehen. An den Adapter 16 zur Einleitung der Medien wird über einen Umschalter 14-, der wechselseitiges Zuführen von Wasser und Untersuchungsgas zur Gesteinsprobe ge~ stattet, die Flüssigkeitspumpe mit Meßeinrichtung 15 und der Untersuchungsgasbehälter 12, über ein Reduzierventil 13 angeschlossen. Dem Adapter 16 für die Abführung der Medien ist ein Flüssigkeitsvolumenmesser 1? und parallel dazu ein Gasvolumenstrommesser 18 nachgeordnet.

Von einem GUNN-Oszi11ator 2 werden Hochfrequenzschwingungen (ca. 10 GHz) erzeugt. Der GUNN-Os zi Hat or 2 ist über einen Isolator 3 und ein veränderliches Dämpfungsglied 4 mit einer Senderantenne verbunden, die das Hochfrequenzfeld aussendet. Nach Durchstrahlung der Gesteinsprobe 1 wird das nunmehr gedämpfte Hochfrequenzfeld von der Empfängerantenne 6 empfangen und über einen Detektor 7 und einen Verstärker 8 der Auswerteeinheit 9 zugeführt. Die Senderantenne 5 und die Empfängerantenne 6 befinden sich auf einem Schlitten 10, der zur genauen örtlichen und zeitlichen Registrierung der Durchströmungsverhältnisse in der Gesteinsprobe an Führungen 11 entlang der Probe verschoben werden kann. Damit ist die Voraussetzung für eine Untersuchung der dynamischen Änderung der Sättigung gegeben. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Probe, die zuerst mit V/asser und anschließend mit dem Untersuchungsgas beaufschlagt worden ist, mit dem Hochfrequenzfeld durchstrahlt. Über die Mikrowellenempfängereinheit 6, 7, 8 und 9 wird die Feldstärke der ankommenden UHF-Schwingungen

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registriert. Bei Gesteinsproben mit unbekannter Dämpfungscharakteristik wird anschließend die Probe entfernt und durch Drosselung am veränderlichen Dämpfungsglied die Feldstärke so eingestellt, daß sie der gemessenen Feldstärke bei Durchstrahlung der Gesteinsprobe entspricht. Durch diese Einstellung kann die άμΓοη die Gesteinsprobe verursachte Dämpfung der Feldstärke exakt ermittelt werden. Dieser Vergleich ist bei allen weiteren Messungen zu wiederholen. Auf diese Weise wird der Dämpfungsverlauf örtlich und/oder zeitlich über die gesamte Probe festgestellt. Aus dem meßtechnisch erfaßten Dämpfungsverlauf lassen sich exakte Rückschlüsse auf die Sättigungsverhältnisse in der Probe ziehen, z.B. wird durch plötzliche Änderung der Dämpfung der Phasenwechsel Gas/Wasser und damit der Verlauf der Verdrängungsfront angezeigt. Bei bekannten Gesteinsproben, für die bei vorangegangenen Messungen bereits eine Eichkurve ermittelt worden ist, entfällt die nachträgliche Einstellung der gemessenen Feldstärke am veränderlichen Dämpfungsglied 4. In diesem Fall kann anhand der ermittelten Feldstärke sofort auf die Sättigungsverhältnisse in der Probe geschlossen werden.

Claims

225336 Erfindungsansprüche

1. Verfahren zur Sättigungsbestimmung'an porösen Gesteinsproben, die mit einem Zweiphasensystem (Gas/y/asser) beaufschlagt werden, wobei die Probe zuerst von Wasser und anschließend von einem Untersuchungsgas durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der zeitlichen und/oder örtlichen Sättigungsverhältnisse der Gesteinsprobe diese von einem Hochfrequenzfeld im Mikrowellenbereich durch-* strahlt und die Dämpfung der Feldstärke als Maß für die Sättigung der Probe verwendet wird, in der Weise, daß die bet!Durchstrahlung der unbekannten Gesteinsprobe gemessene Feldstärke nach .Entfernung der Gesteinsprobe aus dem Hochfrequenzfeld durch Drosselung am veränderlichen Dämpfungsglied reproduziert und dadurch exakt die durch die Probe hervorgerufene Dämpfung ermittelt werden kann, wobei eine plötzliche Änderung des" Dämpfungsverhaltens der Probe den Verlauf der Verdrängungsfront eindeutig erkennen läßt.

2, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesteinsprobe (1) mit einem Epoxidharzmantel (19) und zwei Adaptern (16) versehen ist, von denen der auf der Zuführungsseite befindliche über einen Umschalter (14-) mit der Flüssigkeitspumpe mit Heßeinrichtung (17) und dem Untersuchungsgasbehälter (12) verbun-. den und der Adapter (16) auf der Abflußseite mit einem Gasvolumenstrommesser (18) und einem Flüssigkeitsvolumenaesser (17) gekoppelt ist, und an die Senderantenne (5) das Sendesystem, bestehend aus veränderlichem Dämpfungsglied (A-), Isolator (3) und GUNN Oszillator (2) und an die Erapfängerantenne (6) das Empfangssystem, bestehend aus Detektor (7), Verstärker (8) und Auswerteeinheit (9) angeschlossen ist.