Стенд для визначення рідинних та газових фільтраційних характеристик зразків гірських порід

Реферат: Стенд для визначення рідинних та газових фільтраційних характеристик зразків гірських порід, що містить зразок гірської породи (ЗГП) з центральним вертикальним циліндричним отвором, який розміщений у вертикальному циліндричному стакані, що заповнений рідиною, і прилад для заміру фільтрату рідини через згаданий отвір у ЗГП, причому він оснащений поршнем з центральним вертикальним циліндричним крізним отвором і гідропресом, при цьому циліндричний стакан вертикально розміщений між плитами гідропреса, поршень герметично розміщений у стакані, ЗГП, в якому виконаний центральний вертикальний циліндричний крізний отвір, розміщений між дном стакана і дном поршня і герметично з'єднаний з ними, крізні отвори у ЗГП і поршні співпадають по своїм осям, а прилад для заміру фільтрату рідини чи технічного газу герметично з'єднаний з виходом крізного отвору в поршні. UA 108627 U (12) UA 108627 U UA 108627 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до випробувальної техніки, а саме до обладнання для визначення рідинних та газових фільтраційних характеристик зразків гірських порід (ЗГП). Відома установка для дослідження проникненості кернів УДПК-1М Московського досвіднопромислового заводу "НАФТО-КВП" в складі комплексу апаратури для дослідження проникненості кернів (АКМ-"Коллектор") [1]. Установка дозволяє вивчити закони фільтрації рідини та газів у пористому середовищі в умовах, близьких до пластових. Основним узлом установки УДПК-1М є затискач керна, який призначений для кріплення суцільного ЗГП при фільтрації через нього рідини або технічного газу і створення на ЗГП всебічного тиску. Недоліком аналога [1] є те, що на одному ЗГП можна виміряти тільки одну із трьох компонент проникненості рідини або технічного газу в напрямку повздовжньої осі циліндричного ЗГП, в реальному масиві гірських порід фільтрація відбувається з усіх або з двох сторін. Значення компонент рідинної або газової проникненості відрізняються. Тому вимірювання рідинних та газових фільтраційних характеристик на установці УДПК-1М є недостатньо інформативним. Для усунення цього недоліку запропоновані пристрої, в яких ЗГП має циліндричний отвір. Найближчим аналогом є пристрій, що здійснює спосіб визначення коефіцієнта фільтрації гірських порід [2]. Суть способу: вертикально розміщують в ємності з рідиною ЗГП і трубку із прозорого матеріалу, відкриту з двох кінців. Здійснюють фільтрацію рідини через ЗГП і реєстрацію одночасно в ємності і трубці зміну рівня рідини за часом, по якому розраховують коефіцієнт фільтрації. При цьому трубку герметично закріплюють в некрізному циліндричному отворі циліндричного ЗГП, а розрахунок коефіцієнта фільтрації здійснюють по формулі для радіальної фільтрації. Таким чином, пристрій, що є прототипом, містить ЗГП з центральним вертикальним циліндричним отвором, який розміщений у вертикальному циліндричному стакані, що заповнений рідиною, і прилад для заміру фільтрату рідини через згаданий отвір у ЗГП. Недоліком прототипу також є низька інформативність наукових досліджень внаслідок фільтрації рідини під дією однокомпонентного тиску від стовпа рідини, яка знаходиться у стакані, що не відповідає природним умовам покладу гірських порід. В основу корисної моделі поставлена задача створити стенд, що містить ЗГП з центральним вертикальним циліндричним отвором, який розміщений у вертикальному циліндричному стакані, що заповнений рідиною, і прилад для заміру фільтрату рідини чи технічного газу через згаданий отвір у ЗГП, який додатково оснащений обладнанням, що дає можливість створити на ЗГП всебічний тиск з фільтрацією рідини чи технічного газу тільки в радіальному напрямку від зовнішньої поверхні ЗГП до центрального вертикального циліндричного крізного отвору (ЦВЦКО). Це відповідає процесу фільтрації рідини чи природного газу з масиву газонасиченого вугільного пласта при нагнітанні в нього рідини (води чи поверхнево-активних речовин) в попередньо пробурену свердловину при здійсненні заходу запобігання викидонебезпечності вугільного пласта. Поставлена задача вирішується тим, що стенд, який містить ЗГП з центральним циліндричним отвором, що розміщений у вертикальному циліндричному стакані, який заповнено рідиною, і прилад для заміру фільтрату рідини через згаданий отвір у ЗГП, додатково оснащений поршнем з ЦВЦКО, гідропресом і ємністю з рідиною чи технічним газом під тиском, при цьому циліндричний стакан вертикально розміщений між плитами гідропреса, поршень герметично розміщений у стакані, ЗГП, в якому виконаний ЦВЦКО, розміщений між дном стакана і дном поршня і герметично з'єднаний з виходом крізного отвору в поршні, ЦВЦКО у ЗГП і поршні співпадають по своїм осям, прилад для заміру фільтрату рідини чи технічного газу герметично з'єднаний з виходом ЦВЦКО в поршні, а ємність з рідиною і технічним газом герметично з'єднана з порожниною між стінкою стакана і ЗГП. Поршень з ЦВЦКО необхідний для того, щоб здійснити тиск на горизонтальну поверхню ЗГП, що змоделює вертикальну компоненту гірського тиску від верхнього покладу гірських порід. Гідропрес необхідний для того, щоб здійснити зусилля на поршень, при цьому зусилля преса визначають таким, що тиск на поверхню ЗГП дорівнює тиску, який ЗГП має у природних умовах. Ємність з рідиною чи технічним газом під тиском, яка герметично з'єднана з порожниною між стінкою стакана і ЗГП, необхідна для того, щоб здійснити тиск на ЗГП в радіальному напрямку, що змоделює горизонтальну компоненту гірського тиску по всій боковій поверхні ЗГП. Герметичність поршня в стакані необхідна для того, щоб фільтрат рідини чи технічного газу не профільтрувався між стінкою стакана і боковою поверхнею поршня. Герметичність з'єднання ЗГП з дном стакана і дном поршня необхідна для того, щоб рідина чи технічний газ не профільтрувалися між дном стакана і ЗГП і дном поршня і ЗГП. 1 UA 108627 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Крізні отвори у ЗГП і поршні повинні співпадати по своїм осям для того, щоб фільтрат рідини чи технічного газу із крізного отвору в ЗГП вільно перемістився до виходу із крізного отвору в поршні, де їх заміряють відповідними приладами. Таким чином, коли відомий пристрій-стенд, що містить ЗГП з центральним вертикальним циліндричним отвором, який розміщений у вертикальному циліндричному стакані, що заповнений рідиною, і прилад для заміру фільтрату рідини через згаданий отвір у ЗГП, додатково оснастити поршнем з ЦВЦКО, гідропресом і ємністю з рідиною чи технічним газом під тиском, при цьому циліндричний стакан вертикально розмістити між плитами гідропреса, поршень герметично розмістити у стакані, ЗГП, в якому виконаний ЦВЦКО, розмістити між дном стакана і дном поршня і герметично з'єднати з ними, крізні отвори у ЗГП і поршні щоб співпадали по своїм осям, прилад для заміру фільтрату рідини чи технічного газу герметично з'єднати з виходом крізного отвору в поршні, а ємність з рідиною чи технічним газом герметично з'єднати з порожниною між стінкою стакана і ЗГП, то забезпечується технічний результат підвищення інформативності наукових досліджень внаслідок фільтрації рідини чи технічного газу під дією різнокомпонентного тиску на ЗГП, що відповідає природним умовам покладу гірських порід. Запропонований стенд для визначення рідинних та газових фільтраційних характеристик ЗГП складається із (креслення) металевого циліндричного стакана 1, поршня 2 з ЦВЦКО 3, ЗГП 4 з ЦВЦКО 5, гідропреса 6, приладу 7 для заміру фільтрату рідини чи технічного газу через згаданий ЦВЦКО 5 у ЗГП 4 і ємності 8 з рідиною чи технічним газом під тиском, при цьому циліндричний стакан 1 вертикально розміщений між плитами гідропреса 6, поршень 2 герметично розміщений вертикально у стакані 1, ЗГП 4 - вертикально між дном стакана 1 і дном поршня 2 і герметично з'єднаний з ними, ЦВЦКО 3 і 5 у поршні 2 і ЗГП 4 співпадають по своїм осям, прилад 7 для заміру фільтрату рідини чи технічного газу герметично з'єднаний з виходом ЦВЦКО 3 і 5, а ємність 8 з рідиною чи технічним газом герметично з'єднана з порожниною між стінкою стакана 1 і ЗГП 4. Запропонований стенд працює в такий спосіб. Стакан 1 з поршнем 2 і ЗГП 4 розміщують між плитами гідропреса 6. Потім герметично підключають ємність 8 з рідиною чи технічним газом під тиском до стакана 1 поблизу його дна. Включають гідропрес 6 і за його допомогою установлюють визначене зусилля на поршень 2, яке створює відповідний тиск на верхню горизонтальну поверхню ЗГП 4. Після цього подають рідину чи технічний газ в порожнину між стінкою стакана 1 і зовнішньою поверхнею ЗГП 4. Рідина чи технічний газ заповнюють замкнуту порожнину і створюють в ній тиск, який вимірюють манометром 9. Фільтрат рідини чи технічного газу на виході із ЦВЦКО 3 у поршні 2 заміряють відповідними приладами 7, наприклад, (фільтрат рідини - ємністю з позначками об'єму, газу - лічильником газу). Коли відомо: P і Q  - тиск і витрата фільтрату рідини, Pr і Qr - тиск і витрата газу, Pa атмосферний тиск у ЦВЦКО 5 у ЗГП 4 і ЦВЦКО 3 у поршні 2, b - ширина ЗГП 4, h - висота ЗГП 4, d - диаметр ЦВЦКО 5, то коефіцієнт фільтрації рідини К .p. , і коефіцієнт фільтрації газу К .r. визначають по формулах, відповідно до лінійного закону фільтрації Дарсі [3]: К .p.  45 50 К .r. Q   n b d 2h  P  b Qr   n   Pa  d .  2h  Pr2 Джерела інформації: 1. Установка для исследования проницаемости кернов УИПК-1М Московского опытного завода "Нефте-КИП" в составе комплекса аппаратуры для исследования проницаемости кернов "АКМ-Коллектор". mirznanii.com/info/id-235416 2. Патент РФ № 227678. Способ определения коэффициента фильтрации горных пород. Опубл. в Официальном Бюллетене Института промышленной собственности РФ № 2, 20.05.2006 г. www.findpatent.ru/patent/227/2276780.html 2 UA 108627 U 3. Пыхачев Г.Б. Подземная гидравлика: Учебное пособие /Г.Б. Пыхачев, Р.Г. Исаев. - М.: Недра, 1972. - 360 с. bookfi.info/book/381008. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 Стенд для визначення рідинних та газових фільтраційних характеристик зразків гірських порід, що містить зразок гірської породи (ЗГП) з центральним вертикальним циліндричним отвором, який розміщений у вертикальному циліндричному стакані, що заповнений рідиною, і прилад для заміру фільтрату рідини через згаданий отвір у ЗГП, який відрізняється тим, що він оснащений поршнем з центральним вертикальним циліндричним крізним отвором і гідропресом, при цьому циліндричний стакан вертикально розміщений між плитами гідропреса, поршень герметично розміщений у стакані, ЗГП, в якому виконаний центральний вертикальний циліндричний крізний отвір, розміщений між дном стакана і дном поршня і герметично з'єднаний з ними, крізні отвори у ЗГП і поршні співпадають по своїм осям, а прилад для заміру фільтрату рідини чи технічного газу герметично з'єднаний з виходом крізного отвору в поршні. Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3