CN108896599B - 一种测试气水相对渗透率曲线的***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测试气水相对渗透率曲线的***及方法，***包括岩心夹持器，岩心夹持器的围压出口端到围压入口端之间串联第一回压阀、工质瓶、循环泵、加热器，岩心夹持器的入口端设置一号并联管线、二号并联管线、三号并联管线，一号并联管线连接中间容器、恒速恒压泵，二号并联管线连接加湿器、稳压器、减压阀、气瓶；三号并联管线设放空阀；岩心夹持器的出口端设第一并联管线、第二并联管线，第一并联管线连真空泵，第二并联管线连第二回压阀、计量装置。方法包括：S1、准备；S2、岩心饱和地层水；S3、岩心束缚水状态下气相有效渗透率测定；S4、气水相对渗透率测定；S5、岩心残余气状态下水相有效渗透率测定；S6、气水相对渗透率曲线绘制。
Description
技术领域
本发明涉及石油与天然气领域，特别涉及一种测试气水相对渗透率曲线的***及方法。
背景技术
气水相对渗透率曲线是水驱气藏开发工程中不可或缺的资料，是计算水驱气效率，预测气藏开发指标，分析气藏开发动态，研究气水两相渗流物理特征和开展气藏数值模拟研究的重要基础。
目前，我国气水相对渗透率曲线室内实验测试主要根据现行的中华人民共和国石油天然气行业标准(SY/T5345-2007“岩石中两相流体相对渗透率测定方法”)和中华人民共和国国家标准(GB/T28912-2012“岩石中两相流体相对渗透率测定方法”)。前述标准中，气水相对渗透率曲线的测试方法主要有稳态法和非稳态气驱水法两类。其中：
稳态法的基本原理是一维达西渗流，其实验过程要求必须在保证不产生紊流的条件下，采用较大的驱替压差以消除实验过程中末端效应的影响，标准中规定被测试的岩心气测渗透率需大于0.5mD，因此其适用范围有限。此外，稳态法还存在实验测试周期长以及流体饱和度确定过程较为复杂的不足。
非稳态气驱水法的理论基础是Buckley-Leverett的水驱油前缘推进理论。其实验测试过程中，流体在多孔介质中分布是时间和空间的函数，致使出口端记录数据是不断变化的，相对渗透率曲线测试结果的可靠性受计算方法和计算过程的精度影响很大，且存在数据处理过程复杂的不足。同时，该理论的假设条件中要求不考虑流体的可压缩性，这对于油水这类微可压缩流体而言是可行的，但对于气体这类可压缩流体是不可行的。此外，在实际气藏开发过程都是水驱气，而非气驱水，且气水相对渗透率曲线受流体饱和顺序影响很大，采用非稳态气驱水法测试出的相对渗透率曲线对实际水驱气藏开发的指导意义不大。
发明内容
本发明提供一种测试气水相对渗透率曲线的***及方法，本发明不仅符合水驱气藏的实际开发过程，而且有效地克服了现有方法的不足。
本发明的目的是这样实现的：
一种非稳态水驱气法测试气水相对渗透率曲线的***，包括岩心夹持器、核磁共振装置，所述核磁共振装置用于检测岩心夹持器内的岩心，所述岩心夹持器具有入口端、出口端、围压入口端、围压出口端，所述岩心夹持器的入口端、出口端均设有阀门，常态下，所述岩心夹持器入口端、出口端的阀门处于关闭状态，
所述岩心夹持器的围压出口端到围压入口端之间依次串联第一回压阀、工质瓶、循环泵、加热器，并形成环路，所述第一回压阀连接用于控制第一回压阀压力的第一回压泵，所述工质瓶内装有用于核磁共振驱替实验中施加围压的液体工质；
所述岩心夹持器的入口端设置一号并联管线、二号并联管线、三号并联管线，所述一号并联管线依次连接有中间容器、恒速恒压泵，所述中间容器中装有实验地层水；所述二号并联管线依次连接有加湿器、稳压器、减压阀、气瓶；所述三号并联管线设置放空阀；
所述岩心夹持器的出口端设置第一并联管线、第二并联管线，所述第一并联管线连接真空泵，所述第二并联管线依次连接第二回压阀、用于计量液体的计量装置，所述计量装置连接有气体流量计，所述第二回压阀连接用于控制第二回压阀压力的第二回压泵。
优选地，还包括计算机控制终端，所述计算机控制终端与核磁共振装置、恒速恒压泵、循环泵、加热器、第一回压泵、第二回压泵、计量装置连接。
优选地，所述中间容器中的实验地层水根据实际气藏实验地层水矿物组分配置。
一种非稳态水驱气法测试气水相对渗透率曲线的方法，包括一种非稳态水驱气法测试气水相对渗透率曲线的***，方法包括以下步骤：
S1、实验准备
S2、岩心饱和实验地层水
S21、将岩心装入岩心夹持器，启动循环泵、加热器和第一回压泵，设置循环泵驱替压力、第一回压阀压力和加热器温度，循环泵的驱替压力高于回压阀压力，建立测试所需的温度压力条件；
S22、打开放空阀，启动恒速恒压泵恒压驱替，驱替压力低于围压，用实验地层水排空恒速恒压泵出口端管线中的空气，然后关闭放空阀，使恒速恒压泵出口端管线内流体压力达到恒速恒压泵的驱替压力后，关闭恒速恒压泵；
S23、打开岩心夹持器出口端的阀门，启动真空泵，将岩心抽真空，然后关闭出口端阀门，关闭真空泵；
S24、启动恒速恒压泵，相同压力恒压驱替，打开岩心夹持器入口端阀门，使岩心饱和实验地层水，然后关闭岩心夹持器入口端阀门，关闭恒速恒压泵；
S25、采用核磁共振检测饱和水状态下岩心的T2图谱；
S3、岩心束缚水状态下的气相有效渗透率测定
S31、打开放空阀、气瓶，用气体排空气瓶出口端管线中的实验地层水，然后关闭放空阀，待气瓶出口端管线中的流体压力稳定后，打开岩心夹持器入口端阀门和岩心夹持器出口端阀门，恒压驱替，直至计量装置显示结果不再变化；
S32、采用核磁共振检测束缚水状态下岩心的T2图谱，计算岩心束缚水饱和度；
S33、采用气体流量计，记录当前驱替压差下气体流量，计算岩心在束缚水状态下的气相有效渗透率；
S34、关闭岩心夹持器入口端阀门、岩心夹持器出口端阀门、气瓶和气体流量计；
S4、气水相对渗透率测定
S41、启动恒速恒压泵和第二回压泵，设置恒速恒压泵的驱替压力和第二回压阀的压力，以恒定驱替压差，采用水驱气直至岩心夹持器的出口端不再产生气泡，记录岩心夹持器入口端和岩心夹持器出口端在不同时间节点的压力、实验地层水流量和岩心的T2图谱，计算不同时间节点岩心水饱和度以及对应的水相有效渗透率；
S42、根据不同时间节点岩心水饱和度的变化情况，计算出不同时间节点岩心中的气量变化率，从而计算出不同时刻的气流量以及气相有效渗透率；
S5、岩心残余气状态下的水相有效渗透率测定
S51、检测残余气状态下岩心的T2图谱，计算岩心残余气饱和度；
S52、以恒定压力驱替实验地层水，计量当前驱替压差下实验地层水流量，计算岩心在残余气状态下的水相有效渗透率；
S6、气水相对渗透率曲线绘制
以岩心含水饱和度值为横坐标，以相对渗透率值为纵坐标，建立直角坐标系，采用平滑曲线分别绘制不同岩心含水饱和度对应的气相相对渗透率曲线和水相相对渗透率曲线。
优选地，S33中，连续计算三次岩心在束缚水状态下的气相有效渗透率，并使相对误差小于3％。
优选地，S52中，连续计算三次岩心在残余气状态下的水相有效渗透率，并使相对误差小于3％。
由于采用了上述技术方案，本发明测试精度高，方法简单，实验测试周期短，适用范围广泛。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，一种非稳态水驱气法测试气水相对渗透率曲线的***，包括岩心夹持器、核磁共振装置，所述核磁共振装置用于检测岩心夹持器内的岩心，岩心夹持器、核磁共振装置的结构和工作方法与专利申请号为：201510392019.X的发明专利申请相同，所述岩心夹持器具有入口端、出口端、围压入口端、围压出口端，所述岩心夹持器的入口端、出口端均设有阀门，常态下，所述岩心夹持器入口端、出口端的阀门处于关闭状态。
所述岩心夹持器的围压出口端到围压入口端之间依次串联第一回压阀(图中表示为回压阀)、工质瓶、循环泵、加热器，并形成环路，用于提供围压以及核磁共振，所述第一回压阀连接用于控制第一回压阀压力的第一回压泵(图中表示为回压泵)，所述工质瓶内装有用于核磁共振驱替实验中施加围压的液体工质。
所述岩心夹持器的入口端设置一号并联管线、二号并联管线、三号并联管线，所述一号并联管线依次连接有中间容器、恒速恒压泵，所述中间容器中装有实验地层水，所述中间容器中的实验地层水根据实际气藏实验地层水矿物组分配置。所述恒速恒压泵采用高精度恒速恒压泵。所述二号并联管线依次连接有加湿器、稳压器、减压阀、气瓶，本实施例中采用氮气瓶；所述三号并联管线设置放空阀；
所述岩心夹持器的出口端设置第一并联管线、第二并联管线，所述第一并联管线连接真空泵，所述第二并联管线依次连接用于控制第二回压阀压力的第二回压阀、计量装置，所述计量装置连接有气体流量计，所述第二回压阀的回压端连接第二回压泵(图中表示为回压泵)。
还包括计算机控制终端，所述计算机控制终端与核磁共振装置、恒速恒压泵、循环泵、加热器、第一回压泵、第二回压泵、计量装置连接。计算机控制终端获取各设备的信息，并根据测试需要控制各设备。
一种非稳态水驱气法测试气水相对渗透率曲线的方法，包括一种非稳态水驱气法测试气水相对渗透率曲线的***，方法包括以下步骤：
S1、实验准备
S11、制备岩心、清洗、烘干，测量岩心直径和长度，气测岩心孔隙度和绝对渗透率；特别地，根据标准，实验岩心气测渗透率需要大于0.01mD才可用于测试气水相对渗透率曲线；
S12、配置实验地层水，并转入中间容器；特别地，实验采用高纯度氮气代替天然气；
S13、按照实验流程图连接相关实验设备，检验实验设备连接处，确保实验全程无泄漏；
S14、根据中华人民共和国石油天然气行业标准(SY/T6490-2007“岩样核磁共振参数实验室测量规范”)设置核磁共振测试参数；
S2、岩心饱和实验地层水
S21、将岩心装入岩心夹持器，启动循环泵、加热器和第一回压泵，设置循环泵驱替压力、第一回压阀压力和加热器温度，循环泵的驱替压力高于回压阀压力，建立测试所需的温度压力条件；
S22、打开放空阀，启动恒速恒压泵恒压驱替，驱替压力低于围压，用实验地层水排空恒速恒压泵出口端管线中的空气，然后关闭放空阀，使恒速恒压泵出口端管线内流体压力达到恒速恒压泵的驱替压力后，关闭恒速恒压泵；
S23、打开岩心夹持器出口端的阀门，启动真空泵，将岩心抽真空，然后关闭出口端阀门，关闭真空泵；
S24、启动恒速恒压泵，相同压力恒压驱替，打开岩心夹持器入口端阀门，使岩心饱和实验地层水，然后关闭岩心夹持器入口端阀门，关闭恒速恒压泵；
S25、采用核磁共振检测饱和水状态下岩心的T2图谱；
S3、岩心束缚水状态下的气相有效渗透率测定
S31、打开放空阀、气瓶，用氮气排空气瓶出口端管线中的实验地层水，然后关闭放空阀，待气瓶出口端管线中的流体压力稳定后，打开岩心夹持器入口端阀门和岩心夹持器出口端阀门，恒压驱替，直至计量装置显示结果不再变化，说明气驱水结束，意味着实验过程中岩心束缚水已经建立；
S32、采用核磁共振检测束缚水状态下岩心的T2图谱，计算岩心束缚水饱和度；
S33、采用气体流量计，记录当前驱替压差下气体流量，计算岩心在束缚水状态下的气相有效渗透率；连续计算三次岩心在束缚水状态下的气相有效渗透率，并使相对误差小于3％。
S34、关闭岩心夹持器入口端阀门、岩心夹持器出口端阀门、气瓶和气体流量计；
S4、气水相对渗透率测定
S41、启动恒速恒压泵和第二回压泵，设置恒速恒压泵的驱替压力和第二回压泵的回压，以恒定驱替压差，采用水驱气直至岩心夹持器的出口端不再产生气泡，记录岩心夹持器入口端和岩心夹持器出口端在不同时间节点的压力、实验地层水流量和岩心的T2图谱，计算不同时间节点岩心水饱和度以及对应的水相有效渗透率；
S42、根据不同时间节点岩心水饱和度的变化情况，采用物质平衡原理，即岩心孔隙体积恒定，计算出不同时间节点岩心中的气量变化率，从而计算出不同时刻的气流量以及气相有效渗透率。
S5、岩心残余气状态下的水相有效渗透率测定
S51、检测残余气状态下岩心的T2图谱，计算岩心残余气饱和度；
S52、以恒定压力驱替实验地层水，计量当前驱替压差下实验地层水流量，计算岩心在残余气状态下的水相有效渗透率；连续计算三次岩心在残余气状态下的水相有效渗透率，并使相对误差小于3％。
S6、气水相对渗透率曲线绘制
以岩心含水饱和度值为横坐标，以相对渗透率值为纵坐标，建立直角坐标系，采用平滑曲线分别绘制不同岩心含水饱和度对应的气相相对渗透率曲线和水相相对渗透率曲线。
参见图1，本发明各并联管线与岩心夹持器连接的一端均设有阀门，所述阀门均采用闸阀。需要测定压力的地方均设有压力表，需要测定温度的地方均设有温度计。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (6)
1.一种非稳态水驱气法测试气水相对渗透率曲线的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、实验准备
S2、岩心饱和实验地层水
S21、将岩心装入岩心夹持器，启动循环泵、加热器和第一回压泵，设置循环泵驱替压力、第一回压阀压力和加热器温度，循环泵的驱替压力略高于回压阀压力，建立测试所需的温度压力条件；
S22、打开放空阀，启动恒速恒压泵恒压驱替，驱替压力低于围压，用实验地层水排空恒速恒压泵出口端管线中的空气，然后关闭放空阀，使恒速恒压泵出口端管线流体压力达到恒速恒压泵的驱替压力后，关闭恒速恒压泵；
S23、打开岩心夹持器出口端的阀门，启动真空泵，将岩心抽真空，然后关闭出口端阀门，关闭真空泵；
S24、启动恒速恒压泵，相同压力恒压驱替，打开岩心夹持器入口端阀门，使岩心饱和实验地层水，然后关闭岩心夹持器入口端阀门，关闭恒速恒压泵；
S25、采用核磁共振检测饱和水状态下岩心的T2图谱；
S3、岩心束缚水状态下的气相有效渗透率测定
S31、打开放空阀、气瓶，用气体排空气瓶出口端管线中的实验地层水，然后关闭放空阀，待气瓶出口端管线中的流体压力稳定后，打开岩心夹持器入口端阀门和岩心夹持器出口端阀门，恒压驱替，直至计量装置显示结果不再变化；
S32、采用核磁共振检测束缚水状态下岩心的T2图谱，计算岩心束缚水饱和度；
S33、采用气体流量计，记录当前驱替压差下气体流量，计算岩心在束缚水状态下的气相有效渗透率；
S34、关闭岩心夹持器入口端阀门、岩心夹持器出口端阀门、气瓶和气体流量计；
S4、气水相对渗透率测定
S41、启动恒速恒压泵和第二回压泵，设置恒速恒压泵的驱替压力和第二回压阀的压力，以恒定驱替压差，采用水驱气直至岩心夹持器的出口端不再产生气泡，记录岩心夹持器入口端和岩心夹持器出口端在不同时间节点的压力、实验地层水流量和岩心的T2图谱，计算不同时间节点岩心水饱和度以及对应的水相有效渗透率；
S42、根据不同时间节点岩心水饱和度的变化情况，计算出不同时间节点岩心中的气量变化率，从而计算出不同时刻的气流量以及气相有效渗透率；
S5、岩心残余气状态下的水相有效渗透率测定
S51、检测残余气状态下岩心的T2图谱，计算岩心残余气饱和度；
S52、以恒定压力驱替实验地层水，计量当前驱替压差下实验地层水流量，计算岩心在残余气状态下的水相有效渗透率；
S6、气水相对渗透率曲线绘制
以岩心含水饱和度值为横坐标，以相对渗透率值为纵坐标，建立直角坐标系，采用平滑曲线分别绘制不同岩心含水饱和度对应的气相相对渗透率曲线和水相相对渗透率曲线。
2.根据权利要求1所述的一种非稳态水驱气法测试气水相对渗透率曲线的方法，其特征在于，S33中，连续计算三次岩心在束缚水状态下的气相有效渗透率，并使相对误差小于3％。
3.根据权利要求1所述的一种非稳态水驱气法测试气水相对渗透率曲线的方法，其特征在于，S52中，连续计算三次岩心在残余气状态下的水相有效渗透率，并使相对误差小于3％。
4.一种非稳态水驱气法测试气水相对渗透率曲线的***，用于权利要求1-3任一所述的非稳态水驱气法测试气水相对渗透率曲线的方法，包括岩心夹持器、核磁共振装置，所述核磁共振装置用于检测岩心夹持器内的岩心，所述岩心夹持器具有入口端、出口端、围压入口端、围压出口端，所述岩心夹持器的入口端、出口端均设有阀门，常态下，所述岩心夹持器入口端、出口端的阀门处于关闭状态，其特征在于：
所述岩心夹持器的围压出口端到围压入口端之间依次串联第一回压阀、工质瓶、循环泵、加热器，并形成环路，所述第一回压阀连接用于控制第一回压阀压力的第一回压泵，所述工质瓶内装有用于核磁共振驱替实验中施加围压的液体工质；
所述岩心夹持器的入口端设置一号并联管线、二号并联管线、三号并联管线，所述一号并联管线依次连接有中间容器、恒速恒压泵，所述中间容器中装有实验地层水；所述二号并联管线依次连接有加湿器、稳压器、减压阀、气瓶；所述三号并联管线设置放空阀；
所述岩心夹持器的出口端设置第一并联管线、第二并联管线，所述第一并联管线连接真空泵，所述第二并联管线依次连接第二回压阀、用于计量液体的计量装置，所述计量装置连接有气体流量计，所述第二回压阀连接用于控制第二回压阀压力的第二回压泵。
5.根据权利要求4所述的一种非稳态水驱气法测试气水相对渗透率曲线的***，其特征在于，还包括计算机控制终端，所述计算机控制终端与核磁共振装置、恒速恒压泵、循环泵、加热器、第一回压泵、第二回压泵、计量装置连接。
6.根据权利要求4所述的一种非稳态水驱气法测试气水相对渗透率曲线的***，其特征在于，所述中间容器中的实验地层水根据实际气藏实验地层水矿物组分配置。
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