Пристрій для вимірювання потенціалу протікання на границі розділу нафта – гірська порода

Винахід стосується галузі вимірювальної техніки і може бути використаний для визначення з високою точністю електрокінетичного потенціалу на границі розділу нафта - гірська порода з метою вимірювання фізичних властивостей речовин для підвищення нафтовіддачі пластів. Відомий пристрій для вимірювання різниці потенціалів протікання за допомогою руху електродів відносно рідини. Пристрій містить посудину для досліджуваної рідини з давачем температури та двома дисковими електродами, що мають здатність обертатись, які під'єднані до вольтметра за допомогою двох кільцевих струмознімачів. (Патент України №43684, G01N27/00, Козак Володимир Федорович). Даний пристрій не забезпечує високої стабільності і точності вимірювань внаслідок того, що знімання потенціалів протікання відбувається кільцевими струмознімачами на значних швидкостях обертання, при яких опір у зоні контакту стр умознімачів з електродами є нестабільним. Крім того, для зменшення впливу електромагнітних завад пристрій вимагає жорсткого екранування і забезпечення спеціальних умов для проведення вимірювань. Найближчим до запропонованого винаходу за функціональними ознаками є пристрій для електрофорезу, в якому рух рідини через тверду породу відбувається під дією різниці потенціалів, що створюється зовнішнім джерелом. Швидкість руху рідини є пропорційною різниці потенціалів. Пристрій складається з U-подібної діелектричної трубки з досліджуваною рідиною, посередині якої розміщена тверда порода. З обох боків породи розміщено два електроди для створення різниці потенціалів [Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. 1982. с.216226]. Даний пристрій не забезпечує достатньої точності вимірювань, оскільки при створенні штучного електричного поля в полярній рідині відбувається також явище електролізу, внаслідок якого змінюється хімічний склад рідини, що призводить до спотворень результатів досліджень. В умовах нафтовидобування необхідно достовірно знати фізичні властивості нафти і гірської породи, вплив на які дасть змогу підвищити нафтовіддачу пластів. В основу винаходу покладено завдання вдосконалити прилад для вимірювання потенціалу протікання на границі розділу нафта - гірська порода, що дозволило б з високою точністю визначити електрокінетичний потенціал, від якого залежить величина гальмування руху нафти через пори гірської породи. Значення електрокінетичного потенціалу згідно з методикою Гельмгольца-Смолуховського розраховується за виразом: h×l ×U z= (1) e × e 0 × DP де z - електрокінетичний потенціал, h - в'язкість рідини, l - товщина подвійного електричного шару, U - потенціал протікання, e 0 - абсолютна діелектрична проникність вакуум у, e - відносна діелектрична проникність середовища, DP - перепад тиску на границях гірської породи. За отриманим значенням z можна оцінити швидкість руху рідини через пласт згідно формули: é ù ê ú (ee 0 z )2 (2) v = v 0 × ê1 ú 1ú ê 0,75(ee z )2 + 6 × p 2 × h × r × 0 ê lú ë û де v - швидкість руху рідини через пласт, v 0 - швидкість руху рідини без впливу електрокінетичного гальмування, r - середній радіус капіляру гірської породи. Із зменшенням електрокінетичного потенціалу швидкість руху нафти через пласт зростає, що підвищує нафтовіддачу пластів. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що рух рідини через породу створюється штучно, а потенціал протікання виникає в процесі руху рідини. При цьому у відомий пристрій для вимірювання потенціалу протікання, що містить U-подібну трубку з електродами, додатково введено вольтметр, трубки з сепараторами, кришки з отворами, трійники, систему контролю рівня рідини, пневмоблок, під'єднаний до виходів трійників. Uподібна трубка складається з двох Г-подібних і однієї Т-подібної трубки, що скріплені між собою муфтами, де в Гподібних тр убках розміщені вимірювальні електроди, виводи яких під'єднані до вольтметра. Рівень стовпів рідини в Г-подібних трубках вимірюється системою контролю рівня. Всередині Г-подібних трубок розміщені трубки з сепараторами. Для створення руху рідини в одну з Г-подібних тр убок подається повітря під тиском. Рідина під тиском рухається крізь породу, розміщену в трубках з сепараторами і Т-подібній трубці, в результаті чого на границях породи виникає різниця потенціалів, яка знімається вимірювальними електродами і фіксується вольтметром. Значення різниці потенціалів залежить від різниці тисків на границях гірської породи і фізичних властивостей нафти і гірської породи. Застосування розбірної U-подібної трубки, складеної з Г-подібних та Т-подібної замість суцільної дає змогу прискорити процес завантаження і розвантаження пристрою досліджуваною породою та спростити процес очистки установки. Застосування Т-подібної трубки дає змогу симетрично розміщувати породу і заливати рідину, внаслідок чого зменшується час встановлення стаціонарного режиму і прискорюється процес вимірювання. Наявність трубок з сепараторами запобігає попаданню гірської породи на поверхню електродів, завдяки чому підвищується точність вимірювань. Застосування системи контролю рівня дає змогу за поділками на скляних тр убках з високою точністю визначити рівень рідини в Г-подібних трубках для компенсації різниці гідростатичних тисків стовпів рідини, що підвищує загальну точність вимірювання пристроєм. Електроди служать для зняття різниці потенціалів в рідині між краями гірської породи. На фіг.1 зображена конструкція пристрою. U-подібна діелектрична трубка складається з двох Г-подібних пластмасових тр убок 1, 2, з'єднаних з Т-подібною пластмасовою трубкою 3 за допомогою муфт 4, 5. Г-подібні трубки зверху закриті кришками з отворами 6, 7, а Т-подібна трубка закрита суцільною кришкою 8. Г-подібні трубки мають отвори 9, 10 для під'єднання системи контролю рівня. У кришках 6, 7 є отвори для під'єднання електродів з контактами 11, 12 та отвори 13, 14 для подачі тиску. Електроди 15, 16 розміщуються навпроти отворів 9, 10 Г-подібних трубок. У місцях з'єднання Г і Т-подібних трубок встановлюються діелектричні трубки 17, 18 з сепараторами 19, 20. Система контролю рівня пристрою складається з пластикових трубок 21, 22, 23, 24, скляних трубок 25, 26, пластмасових трійників 27, 28. Трійники під'єднані до пластикових тр убок 23, 24 і до кришок 6, 7. Порода 29 засипається у пристрій через отвір від кришки 8 Т-подібної трубки 3 до рівня горловини трубки. Туди ж заливається і досліджувана рідина 30. Після закривання кришки 8 у кожну з Г-подібних трубок через отвори від кришок 6, 7 досліджувана рідина доливається до певного рівня, зазначеного мітками на скляних трубках 25, 26. Рівень рідини визначається діапазоном коливань стовпів рідини. Після цього кришки 6, 7 встановлюються на місце і до них приєднуються пластикові трійники 27, 28 з трубками 23, 24. Верхні відводи трійників під'єднуються до пневматичного блока, який забезпечує почергову подачу повітря під стабілізованим тиском у відводи. Працює пристрій наступним чином. Повітря під тиском подається в один з відводів трійників (наприклад 28). Рідина під тиском повітря починає рухатись з Г-подібної трубки 2 в Г-подібну тр убку 1 через породу 29. При досягненні різницею рівнів рідини в Гподібних трубках певної величини, яка відлічується за поділками на скляних трубках 25, 26, пневмоблок перемикається у режим подачі тиску у трійник 27. При цьому рідина змінює напрямок руху. При зрівноваженні рівнів рідини у тр убках 25, 26 здійснюється вимірювання потенціалу протікання за допомогою вольтметра, що під'єднується до контактів 11, 12 вимірювальних електродів 15, 16. Для підвищення точності вимірювань процес повторюється декілька разів. Виміряні значення потенціалу протікання усереднюються, підставляються у вираз 1, за яким обчислюється значення електрокінетичного потенціалу.