Модернизированная фильтрационная установка УИПК-1М

Фильтрационная установка УИПК-1М, модернизированная и компьютеризированная в ИПНГ РАН, предназначена для проведения на современном уровне фильтрационных экспериментов по определению в лабораторных условиях коэффициента вытеснения нефти из керна различными вытесняющими агентами и исследования процессов совместной фильтрации при пластовых условиях нескольких фаз, включая нефть и другие углеводородные жидкости, воду, водные растворы, газы различного состава.

На установке возможно выполнять различные экспериментальные исследования, такие как:

определение проницаемости в условиях, приближенным к пластовым;
определение коэффициента вытеснения "нефть-вода" и "нефть-газ";
физическое моделирование и изучение вытеснения нефти различными реагентами из породы пласта;
применение методов физического моделирования для оценки эффективности использования технологии водогазового воздействия;
увеличения коэффициента нефтеотдачи слабосцементированных коллекторов;
изучение технологии внутрипластовой водоизоляции в низкопроницаемых коллекторах;
оценка влияния изменения эффективного давления на фильтрационные характеристики пласта-коллектора.

В ИПНГ РАН были выполнены работы по модернизации и компьютеризации базовой установка УИПК-1М. В результате модернизации обеспечена цифровизация рабочих параметров экспериментальной установки, возможность их оперативной обработки и получения промежуточных результатов, что позволяет не только контролировать процесс исследования, но и получать дополнительную информацию о термобарических условиях эксперимента в режиме реального времени и за выбранный промежуток. Модернизация позволила производить следующие операции на установке: осуществлять поддержание заданной температуры в зоне размещения кернодержателя и поршневых контейнеров, устанавливать в нужных узлах установки электронные датчики и оборудование для считывания и мониторинга текущих рабочих значений, запускать систему вакуумирования и подачи осушенного сжатого воздуха от компрессора.

Рис. 1. Принципиальная схема фильтрационной установки УИПК-1М

Установка основана на принципе заданного постоянного расхода флюида через керн: жидкости, газа или газожидкостной смеси. Принципиальная схема фильтрационной установки приведена на рис. 1. В её состав включены следующие технологические узлы:

поршневые контейнеры: предназначены для передачи давления от рабочей жидкости фильтрующимся через керн флюидам без смешивания и контакта с ними;
кернодержатель: используется в качестве модели пласта; базовый кернодержатель состоит из стального цилиндра и двух спейсеров, полезная длина – 212 мм, внутренний диаметр – 42 мм; предусмотрена установка кернодержателей для составных и насыпных моделей различных размеров, с гидрообжимом, в зависимости от задач исследования;
миканитовые кольцевые электрические нагреватели с терморубашкой: используются для термостатирования кернодержателя; устанавливаются по длине корпуса кернодержателя в необходимом количестве; при помощи регистрации сигнала с термопар производится замер температуры в нескольких точках на корпусе кернодержателя с выводом текущих значений на компьютер;
блок контроля и измерения температуры: регистрирует поступающий сигнал с термопар и передаёт его с заданной частотой на компьютер в виде текущих значений температур от установленных термопар;
прецизионные датчики высокого давления: имеют цифровой выходной сигнал, выдерживают рабочее давление до 600 бар, текущие значения давлений могут передаваться и сохраняться на компьютере с заданной частотой;
криотермостат: предназначен для термостатирования испытываемых жидкостей и газов, температура термостатирования может варьироваться от -25°С до +100°С, точность поддержания температуры составляет +0,2°С, дискретность индикации температуры – 0,1°С, мощность охлаждения при двадцати градусах составляет – 470 Ватт;
прецизионный регулятор обратного давления – BPR: предназначен для автономного поддержания заданного внутрипорового давления;
мерная ловушка-вискозиметр: способна при атмосферном давлении разделять продукцию на жидкую и газовую фазы, в случае многокомпонентного состава жидкой фазы (вода и нефть) их количество и объем может определяться весовым методом или визуально;
газовый счетчик ГБС: позволяет замерять объем полученной или пропускаемой через элементы установки газовой фазы;
компьютер с программным обеспечением собственной разработки: разработанное специализированное ПО на языке Delphi позволяет осуществлять автоматизированный сбор данных в процессе эксперимента и управлять температурным контроллером, отвечающим за термостатирование кернодержателя; есть возможность регистрации показаний датчиков давления на входе и выходе кернодержателя, а также показаний термопар, контролирующих температуру кернодержателя в нескольких точках при термостатировании, и значений температуры подаваемого флюида на входе в модель пласта.

Доработка и модернизация установки продолжается в постоянном режиме. В настоящее время проводятся работы по дооснащению лабораторного фильтрационного комплекса:

оптическим сепаратором, оборудованным камерой и программным обеспечением для цифрового контроля в режиме реального времени объемов выходящих из керна двух или трех фаз при условиях эксперимента;
установкой рекомбинации, позволяющей готовить смеси флюидов (рекомбинированные модели пластовой нефти и других газонасыщенных жидких сред) при пластовых термобарических условиях для дальнейшего использования в фильтрационных исследованиях;
прецизионным двухплунжерным насосом с возможностью независимого компьютеризированного поддержания заданного давления или расхода флюида на входе и/или выходе установки по одному или двум контурам;
оригинальной специализированной смесительной системой для создания мелкодисперсных водогазовых смесей (МВГС) с контролируемыми параметрами в экспериментах по вытеснению нефти с применением водогазового воздействия (ВГВ).


Поршневые контейнеры	Кернодержатель

Кольцевые электрические нагреватели с терморубашкой	Прецизионные датчики высокого давления

Жидкостной криотермостат	Прецизионный регулятор обратного давления (BPR)

Мерная ловушка (вискозиметр)	Программное обеспечение

Блок контроля и измерения температуры	Газовый счетчик (ГБС)

Рабочие среды/образцы

Фильтрационная установка УИПК-1М позволяет работать с различными типами жидкостей (керосин, модель пластовой воды, модель пластовой нефти, газированные флюиды), газовыми агентами (углеводородные газы, водород, диоксид углерода, азот и др.). В качестве модели пористой среды кернодержателя могут использоваться как насыпные модели (песок, крошка), так и составные модели на основе стандартных цилиндрических образцов керна. В настоящее время к установке подключен кернодержатель с насыпной моделью пласта. Технологическая схема установки позволяет подключить как штатный кернодержатель, так и другие модели кернодержателей, отличных по длине, диаметру исследуемого керна или по различным системам обжима. Конструкция крепления кернодержателей позволяет устанавливать их как для горизонтального направления фильтрации, так и вертикального – снизу вверх или сверху вниз.

Установка успешно опрессована на рабочее давление фильтрации до 350 кгс/см² и давления обжима до 800 кгс/см². Нагревательные элементы миканитового типа (термопары) и терморубашка позволяют поддерживать рабочую температуру до 350°C.

Примеры использования

На рис. 1-2 приведен пример результатов фильтрационных исследований по определению коэффициента вытеснения нефти водой при пластовых термобарических условиях. Для создания насыпной модели пористой среды использован кварцевый песок с фракцией зерен – 0,25 мм. Экспериментальные исследования выполнялись при давлении фильтрации Р_пл.= 180 кгс/см² (пластовое давление) и комнатной температуре (Т_пл.= 20–22°С).

Рис. 1. Зависимость коэффициента вытеснения нефти и перепада давления от относительного объема прокачки

Рис. 2. Зависимость проницаемости модели пористой среды по воде от относительного объема прокачки

Ответственные сотрудники, контакты

Климов Дмитрий Сергеевич – с.н.с. лаборатории газонефтеконденсатоотдачи пластов им. С.Н. Закирова, комната № 619А, klimov_ds@ipng.ru, тел. (499) 135-54-67;

Федосеев Александр Павлович – ведущий инженер Центра обеспечения научно-образовательного процесса, помещение ИПНГ-2, a_fedoseev@ipng.ru.