SU1695176A1 - Method of determining relative phase permeabilities of a porous medium - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к инженерно-геологическим исследовани м и м.б. использовано в различных технологических процессах, в которых участвуют пористые среды (ПС) и жидкости с различными физическими свойствами. Цель - повышение эффективности определени  проницаемостей путем увеличени  объема и достоверности получаемой информации о гидродинамических параметрах изучаемой среды за счет обеспечени  учета вли ни  на эти параметры трехмерного характера и неоднородности структуры порового пространства. Первоначально определ ют среднюю длину межпорового рассто ни  в исследуемой ПС. Одновременно с измерением величины капилл рного давлени  между фильтрующими фазами с различными физическими свойствами при каждом значении насыщенности среды смачивающей жидкостью измер ют электропроводность исследуемого объема данной ПС также при каждом значении насыщенности ПС смачивающей жидкостью. Значени  относительных фазовых проницаемостей устанавливают по полученным зависимост м капилл рного давлени  и электропроводности исследуемого объема ПС от его насыщенности смачивающей жидкостью и величине средней длины межпоро- вого рассто ни  в исследуемой ПС. Относительные фазовые проницаемости устанавливают путем расчета по заданной Q формуле, 1 з.п.ф-лы, 6 ил.чф 01The invention relates to engineering and geological research and m. used in various technological processes in which porous media (PS) and liquids with different physical properties are involved. The goal is to increase the efficiency of permeability determination by increasing the volume and reliability of the information obtained on the hydrodynamic parameters of the studied medium by taking into account the influence on these parameters of a three-dimensional character and heterogeneity of the structure of the pore space. Initially, the average length of the interpore distance in the PS under study is determined. Simultaneously with measuring the capillary pressure between the filtering phases with different physical properties, at each saturation value of the medium with a wetting fluid, the electrical conductivity of the investigated volume of this PS is measured at each saturation value of the PS with a wetting fluid. The relative phase permeabilities are determined from the obtained dependences of capillary pressure and electrical conductivity of the PS volume under study on its saturation with the wetting liquid and the average interpore distance in the PS under study. The relative phase permeability set by calculating the formula for a given Q, 1 CF f-crystals, 6 Il.HF 01

Description

XI ONXi on

Изобретение относитс  к инженерно- геологическим, гидрогеологическим и геофизическим исследовани м и может быть использовано дл  обосновани  проектов разработки месторождений руд металлов методом подземного выщелачивани , месторождений нефти и газа методом площадного вытеснени , строительства различных сооружений, дорог и мелиоративных систем , а также в различных технологическихThe invention relates to engineering and geological, hydrogeological and geophysical studies and can be used to justify the development of metal ore deposits by the method of underground leaching, oil and gas deposits by the method of areal displacement, the construction of various structures, roads and land-improvement systems, as well as in various technological

процессах, в которых участвуют пористые среды и жидкости с различными физическими свойствами.processes involving porous media and liquids with different physical properties.

Цель изобретени  - повышение эффективности определени  фазовых проницаемостей пористых сред путем увеличени  объема и достоверности получаемой информации о гидродинамических параметрах изучаемой среды за счет обеспечени  учета вли ни  на эти параметры трехмерного характера и неоднородности структуры поро- вого пространства.The purpose of the invention is to increase the efficiency of determining the phase permeabilities of porous media by increasing the volume and reliability of the obtained information on the hydrodynamic parameters of the studied medium by taking into account the influence on these parameters of a three-dimensional character and heterogeneity of the pore space structure.

Представление о структуре перового пространства как о трехмерной пространственной сетке капилл ров обусловливает оп- ределение периода этой сетки, т.е. среднюю длину межпорового рассто ни  d. Если в одномерной модели длина поровых каналов предполагаетс  бесконечной, то дл  определени  характера движени  и распределени  фаз в решетке пересекающихс  капилл ров требуетс .знать ее период d. Определение величины d должно быть проведено до начала измерени  зависимостей капилл рного давлени  от насыщенности среды PK(S) и электропроводности от насыщенности среды a(s), чтобы последующие воздействи  на пористую среду (например, нагнетание ртути) не внесло изменени  в геометрические параметры невозмущенной пористой среды. Проведение одновременно с измерением капилл рного давлени  измерени  электропроводности позвол ет получить информацию не только о подсистеме пор-узлов, которую характеризует PK(S), но и о подсистеме пор-св зей.The idea of the structure of the feather space as a three-dimensional spatial grid of capillaries determines the period of this grid, i.e. average length of interporous distance d. If in the one-dimensional model the length of the pore channels is assumed to be infinite, then to determine the nature of the motion and distribution of the phases in the grid of intersecting capillaries, it is required to know its period d. The determination of d should be carried out before measuring the dependences of capillary pressure on the saturation of the medium PK (S) and on the electrical conductivity on the saturation of the medium a (s), so that subsequent effects on the porous medium (for example, injection of mercury) will not change the geometric parameters of the unperturbed porous environment. Conducting the conductivity measurement simultaneously with the measurement of capillary pressure provides information not only about the pore-node subsystem, which is characterized by PK (S), but also about the p-bond subsystem.

Изменение капилл рного давлени  с изменением насыщенности любой из фаз отражает процесс перераспределени  фаз в поровом пространстве. При этом изменение насыщенности будет отражать изменение количества крупных узлов, заполненных данной фазой. Об изменении количества поровых каналов, заполненных этой фазой, по изменению Рк(5) судить нельз .The change in capillary pressure with a change in the saturation of any phase reflects the process of phase redistribution in the pore space. At the same time, the change in saturation will reflect the change in the number of large nodes filled with this phase. A change in the number of pore channels filled with this phase cannot be judged by the change in Pk (5).

В то же врем  о количестве таких капилл ров , заполненных данной фазой и участвующих в образовании дл  нее провод щих каналов, можно судить по электропроводности исследуемой среды при известной насыщенности .At the same time, the number of such capillaries filled with this phase and participating in the formation of conductive channels for it can be judged by the electrical conductivity of the medium under study at a known saturation.

Как электропроводность, так и гидро- проводность любой цепочки капилл ров, заполненных жидкостью, определ етс  прежде всего наиболее тонкими капилл рами . Поэтому изменение электропроводности среды с изменением насыщенности означает, что часть капилл ров с наименьшими радиусами, которые ранее содержали электропроводную жидкость, теперь ее не содержат. Таким образом, по изменению электропроводности можно следить за тем, капилл ры какого радиуса при данной насыщенности содержат электропроводную жидкость и, соответственно, провод т не только электрический ток, но и  вл ютс  гидропроводными дл  этой жидкости,Both the electrical conductivity and the hydroconductivity of any chain of capillaries filled with liquid is determined primarily by the thinnest capillaries. Therefore, a change in the conductivity of the medium with a change in saturation means that a part of the capillaries with the smallest radii, which previously contained an electrically conducting fluid, now do not contain it. Thus, by changing the electrical conductivity, it can be monitored that the capillaries of which radius at a given saturation contain an electrically conductive liquid and, accordingly, conduct not only electric current, but are also hydroconductive for this liquid,

Поэтому, измер   одновременно PK(s) и cr(s), получаем информацию о существенно разномасштабных подсистемах пор-узлов и пор-св зей в неоднородной по структуре образующих ее пустот пористой среде, Причем измерени  капилл рного давлени  и электропроводности среды .должны проводитьс  одновременно, а не в произвольной последовательности, так как процесс измерени  PK(S) дл  данного объема среды (например , методом нагнетани  ртути) делает невозможным повторное использование изучаемого объема среды. Такое увеличение объема получаемой информации позвол етTherefore, measuring simultaneously PK (s) and cr (s), we obtain information on substantially different-scale subsystems of pore-nodes and pore bonds in a porous medium that is non-uniform in terms of the structure of the voids forming it. Moreover, measurements of capillary pressure and electrical conductivity of the medium should be carried out simultaneously rather than in an arbitrary sequence, since the process of measuring PK (S) for a given volume of medium (for example, by the method of injecting mercury) makes it impossible to reuse the studied volume of medium. This increase in the amount of information received allows

учесть неоднородный характер перового пространства,take into account the heterogeneous nature of feather space,

Использование дл  определени  относительных фазовых проницаемостей ki(s) по измеренным значени м капилл рного давлени , электропроводности и средней длине межпорового рассто ни  позвол ет учитывать в полном объеме содержащуюс  в этих зависимост х информацию о неоднородности структуры порового пространства , а также его трехмерность. При этом поровое пространство представл етс  не в виде св зки линейных одномерных капилл ров различного радиуса, а в виде пространственной трехмерной сетки, в узлах которойUsing for determining the relative phase permeabilities ki (s) from measured values of capillary pressure, electrical conductivity and average length of interpore distance allows to take into account the information on the heterogeneity of the pore space structure, as well as its three-dimensionality. In this case, the pore space is not represented as a bundle of linear one-dimensional capillaries of different radius, but as a three-dimensional spatial grid, in the nodes of which

расположены поры, соединенные поровы- ми каналами (капилл рами) различного радиуса .pores connected by porous channels (capillaries) of different radius are located.

На фиг.1 и 2 показаны типичные примеры шлифов кернов соответственно зернистой и кавернозной пористых сред, отражающих структуру их порового пространства; на фиг.З - модель порового пространства в виде трехмерной сетки, состо щей из пор-узлов и пор-св зей: наFigure 1 and 2 shows typical examples of thin sections of cores, respectively, of granular and cavernous porous media, reflecting the structure of their pore space; FIG. 3 shows a model of a pore space in the form of a three-dimensional grid consisting of pore nodes and pore bonds:

фиг,4 - схема измерени  величин Рк и о в процессе нагнетани  в исследуемый объем, предварительно насыщенный смачивающим флюидом (например, воздухом), ртути; на фиг,5 - построенные по результатам проводимых измерений кривые зависимостей PK(S) и cr(s) (крива  1 - PK(S), крива  2 - a (s)); на фиг.6 - полученные в результате применени  предлагаемого способа относительные фазовые проницаемости (ki(s) крива  1 и кг(з) - крива  2).Fig. 4 shows a scheme for measuring the values of Pk and o in the process of forcing into the test volume, previously saturated with a wetting fluid (for example, air), mercury; in Fig. 5, the curves of dependencies PK (S) and cr (s) constructed on the results of measurements (curve 1 - PK (S), curve 2 - a (s)); Fig. 6 shows the relative phase permeabilities obtained by applying the proposed method (ki (s) curve 1 and kg (h) - curve 2).

Способ осуществл етс  следующим образом .The method is carried out as follows.

Вначале определ ют исходные параметры исследуемого объема пористой среды и фильтрующихс  фаз известными методами: пористость т, длину L и площадь сечени  F объема А- пр мым измерением, удельную электропроводность ртути ае , коэффициент поверхностного нат жени  наInitially, the initial parameters of the investigated volume of the porous medium and the filtering phases are determined by known methods: porosity t, length L and area of section F of volume A by direct measurement, specific conductivity of mercury ae, coefficient of surface tension

границе ртуть - воздух у и угол смачивани  ртутью поверхности капилл ров в присутствии воздуха 0- по справочникам. Далее по образцу ненарушенного исходного исследуемого материала устанавливают среднюю длину межпорового рассто ни  d. После этого объем А включают в электрическую схему-с источником тока Б t как показано на фиг.4, это позвол ет определ ть его проводимость сг I/V, где ток измер етс  амперметром А, а падение напр жени  V - вольтметром V. Затем измер ют капилл рное давлением при различных насыщенно- ст х, например, методом нагнетани  ртути и при этом одновременно с измерением Рк измер ют с помощью указанной схемы электропроводность объема А также после завершени  нагнетани  очередной порции ртути. При реализации данного способа капилл рное давление может быть определено различными пут ми: методом нагнетани  ртути, пропитки в поле т жести, принудительной пропитки, центрифугировани . Соответствующие измеренные значени  а дл  удобства дальнейшего использовани  также нанос т на плоскость cr-s, где по оси абсцисс отложены значени  s с интервалом s/(m А), а по оси ординат - а (крива  2 на фиг.5). Име  измеренные дл  данной пористой среды значени  капилл рного давлени  Рк(з) электропроводности объема А -ст(з) и средней длины межпорового рассто ни  d определ ют относительные фазовые проницаемости: ki(s) - дл  смачивающей жидкости, К2(з)-дл  несмачивающей .The mercury boundary is air y and the wetting angle of the capillary surface with mercury in the presence of air is 0- according to reference books. Next, the average length of the interporous distance d is determined from the sample of the undisturbed initial test material. After this, volume A is included in an electrical circuit with a current source B t as shown in Fig. 4, this allows determining its conductivity Cr I / V, where the current is measured by an ammeter A, and the voltage drop V is measured by a voltmeter V. Then Capillary pressure is measured at various saturations, for example, by injecting mercury, and simultaneously with the measurement of Pc, the electrical conductivity of volume A is measured using the indicated circuit, as well as after completion of the injection of the next portion of mercury. When implementing this method, the capillary pressure can be determined in various ways: by injection of mercury, impregnation in the gravitational field, forced impregnation, centrifugation. The corresponding measured values of a for convenience of further use are also plotted on the cr-s plane, where the values of s with the interval s / (m A) are plotted along the abscissa axis and a are shown along the ordinate axis (curve 2 in Fig. 5). Having measured for this porous medium, the capillary pressure values Pk (g) of the electrical conductivity of the volume A-g (g) and the average length of the interporous distance d determine the relative phase permeabilities: ki (s) for the wetting fluid, K2 (g) -d non-wetting.

Затем определ ют фазовые проницаемости по соотношениюThe phase permeability is then determined by the ratio

Ш 7lF (rcl)-F(Of 9 1 - F (ОГ 0(П)(г. СГ, d)dr al.. .W 7lF (rcl) -F (Of 9 1 - F (OG 0 (P) (D SG, d) dr al ...

(rci)-F(r)P9 i - F (r) (г)Г1 atf (r,a. d) dr(rci) -F (r) P9 i - F (r) (g) r1 atf (r, a. d) dr

1-1,2,1-1,2,

где 1 1 в случае смачивающей жидкости, I 2 - дл  несмачивающей;s - насыщенность среды смачивающей жидкостью, доли ед.;where 1 1 in the case of a wetting fluid, I 2 - for non-wetting; s - saturation of the medium with a wetting liquid, fractions of units;

Q(n) (r, cr, d) Ј aj (a(s)) - полиномQ (n) (r, cr, d) Ј aj (a (s)) - polynomial

n-й степени, коэффициенты которого  вл ютс  функци ми электропроводности cr(s) и средней длины межпорового рассто ни nth degree, whose coefficients are functions of the electrical conductivity cr (s) and the average length of the interpore distance

d. ,,d. ,,

F(r) - первообразна  Сг (r, 7,d), а F(r) обратна  к F(r);F (r) is primitive Cr (r, 7, d), and F (r) is inverse to F (r);

Fi(r)- первообразна  QCn)(r, cr,d) Fi (r) - primitive QCn) (r, cr, d)

О (s) - электропроводность исследуемого объема среды, измер ема  в эксперименте , см;O (s) is the electrical conductivity of the investigated volume of the medium, measured in the experiment, cm;

d - средн   длина межпорового рассто-  ни  в исследуемой пористой среде, м; г - нема  переменна ;d — average length of interporous distance in the porous medium under study, m; d - dumb is variable;

31 О, 32 2 ycosQ/PK(s); PK(S) - капилл рное давление, измер емое в эксперименте, Па; у- коэффициент поверхностного нат жени  на границе фильтрующихс  фаз, н/м; Q - угол смачивани , град; rc( (Bi)-1/4, м;31 O, 32 2 ycosQ / PK (s); PK (S) —capillary pressure, measured in experiment, Pa; y is the surface tension coefficient at the interface of filtering phases, n / m; Q — wetting angle, hail; rc ((Bi) -1/4, m;

Bi , В2 а2.Bi, B2 a2.

Claims (1)

Формула изобретени  1. Способ определени  относительных фазовых проницаемостей пористой среды, включающий измерение пористости среды,Claims 1. A method for determining the relative phase permeabilities of a porous medium, including measuring the porosity of a medium, насыщенности ее смачивающей жидкостью и величины капилл рного давлени  между фильтрующимис  фазами с различными физическими свойствами при каждом значении насыщенности среды смачивающейsaturation with its wetting fluid and capillary pressure between the filtering phases with different physical properties at each saturation value of the wetting medium жидкостью и по зависимости капилл рного давлени  от насыщенности среды смачивающей жидкостью - расчет относительных фазовых проницаемостей, отличающийс  тем, что, с целью повышени fluid and the dependence of capillary pressure on the saturation of the medium with a wetting fluid is the calculation of relative phase permeabilities, characterized in that, in order to increase эффективности определени  проницаемостей путем увеличени  объема и достоверности получаемой информации о гидродинамических параметрах изучаемой среды путем обеспечени  учета сли ни  наpermeability determination by increasing the volume and reliability of the information obtained on the hydrodynamic parameters of the medium under study by ensuring that эти параметры трехмерного характера и неоднородности структуры порового пространства , первоначально определ ют среднюю длину межпорового рассто ни  в исследуемой пористой среде, одновременно с измерением величины капилл рногоThese parameters of three-dimensional nature and heterogeneity of the structure of the pore space, initially determine the average length of the interpore distance in the porous medium under study, simultaneously with the measurement of the capillary давлени  между фильтрующимис  фазами с различными физическими свойствами при каждом значении насыщенности среды смачивающей жидкостью измер ют электро5 проводность исследуемого объема пористой среды также при каждом значении насыщенности среды смачивающей жидкостью , а значени  относительных фазовых проницаемостей устанавливают по пол0 ученным зависимост м капилл рного даа- лени  и электропроводности исследуемого объема среды от его насыщенности смачивающей жидкостью и величине средней длины межпорового рассто ни  в исследуемойThe pressure between the filtering phases with different physical properties at each saturation value of the medium with a wetting fluid is measured by the electrical conductivity of the investigated volume of the porous medium also at each saturation value of the medium by the wetting fluid, and the values of relative phase permeability are determined by the dependences of capillary pressure and electrical conductivity. of the investigated volume of the medium from its saturation with a wetting fluid and the average length of the interporous distance in the study my 5five пористой среде.porous medium. 2, Способ по п.1,отличающийс  тем, что относительные фазовые проницаемости устанавливают путем расчета по соотношению2, the method according to claim 1, characterized in that the relative phase permeabilities are established by calculating the ratio kl (3) (r)(0 1-F 0r1a(n)(r,ad)drkl (3) (r) (0 1-F 0r1a (n) (r, ad) dr (rq)-F( ( (г)Г1 Q(r.ad)dr(rq) -F (((d) G1 Q (r.ad) dr 1-1,2 где I 1 дл  смачивающей жидкости;1-1.2 where I 1 for a wetting fluid; 1 2- дл  несмачивающей жидкости;1 2- for non-wetting fluid; s - насыщенность среды смачивающей жидкостью (доли ед.),s is the saturation of the medium with a wetting fluid (fraction of units), Q(n) (г, a,d) 5 аг(сг{5)) - полиномQ (n) (r, a, d) 5 ar (cr (5)) is a polynomial n-й Степени, коэффициенты которого  вл ютс  функци ми электропроводности o(s) и средней длины межпорового рассто ни  d:The nth degree, the coefficients of which are functions of the electrical conductivity o (s) and the average interporous distance d: Фиг ЛFIG L ФигFig Фиг.ЗFig.Z 00 5five F(r) - первообразна  , a, d);F (r) is primitive, a, d); Fi(r)- первообразна  (r. cr,d) Fi (r) - primitive (r. Cr, d) a (s)-электропроводность исследуемого объема среды, измер ема  в эксперименте , См;a (s) is the electrical conductivity of the investigated volume of the medium, measured in the experiment, Cm; d - средн   длина межпорового рассто ни  в исследуемой пористой среде, м;d - average length of interporous distance in the porous medium under study, m; г- нема  переменна ;g-nem is variable; 31 0; 32 2 ycosQ/PK(s);31 0; 32 2 ycosQ / PK (s); PK(S) - капилл рное давление, измер емое в эксперименте, Па;PK (S) —capillary pressure, measured in experiment, Pa; у - коэффициент поверхностного нат жени  на границе фильтрующихс  фаз, Н/м;y is the surface tension coefficient at the interface of filtering phases, N / m; Q - угол смачивани , град; rC| (Bi)-1/4, м;Q — wetting angle, hail; rC | (Bi) -1/4, m; В1 аГ1; В2 а2.B1 AG1; B2 a2. ЛL НдNd Ф Воэйцх ФигЛF. Voytsh FigL ; 5; five Фиг. 5FIG. five