低渗致密岩心气水相对渗透率测定装置及测定方法
【专利摘要】本发明提供了一种低渗致密岩心气水相对渗透率测定装置。该装置包括气驱单元、液驱单元、第一六通阀、围压泵、岩心夹持器、第二六通阀、液体测量单元和气体测量单元；气体测量单元包括干燥器、精密电子秤和气体质量流量计，干燥器的出口端与气体质量流量计相连通，干燥器设置在精密电子秤上；气驱单元和液驱单元通过第一六通阀与岩心夹持器的进口相连通，液体测量单元和干燥器的进口端通过第二六通阀与岩心夹持器的出口相连通，围压泵与岩心夹持器的围压口相连通。本发明还提供一种低渗致密岩心气水相对渗透率测定方法，其使用上述的测定装置。本发明的测定装置和测定方法能够精确地获得岩心出口端水相数据，从而准确获得气水相对渗透率。
【专利说明】低渗致密岩心气水相对渗透率测定装置及测定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种低渗致密岩也气水相对渗透率测定装置及测定方法，属于石油开 采【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 油藏的岩石和流体的物性参数是油田开发和油藏工程研究的重要基础数据，是编 制油气田开发方案和计算储量、研究储层性质、进行油层对比、分析油田动态的重要依据。 室内开发实验是获取岩石、流体W及流体与岩石共同作用的物性参数的主要手段。而相对 渗透率的测量是室内开发实验中最重要、最基本的测量方法和技术。目前，在石油地质行 业，岩也分析试验工作中，现有的相渗测试方法主要针对中高渗油气藏，对于低渗-致密油 气藏，由于其具有物性复杂、渗流规律异常的特点，现有相渗测试规范和行业标准不适用于 低渗-致密岩也。
[0003] 非稳态法气-油（水）相对渗透率测定是WBuckl巧-Leverett-维两相气驱水 前缘推进理论为基础的。忽略毛管压力和重力作用，假设两相不互溶流体不可压缩，岩样任 一界面内气液饱和度是均匀的。实验时不是同时向岩也中注入两种流体，而是将岩也事先 用一种流体饱和，用另一种流体进行驱替。在气驱水过程中，气水饱和度在多孔介质中的分 布是距离和时间的函数，该个过程称为非稳定过程。按照模拟条件的要求，在气藏岩样上进 行恒压差或者恒速度气驱水实验，在岩样出口端记录每种流体的产量和岩样两端的压力差 随时间的变化，用非稳态法计算得到气一水相对渗透率，并绘制气一水相对渗透率与含水 饱和度的关系曲线。
[0004] 上述现有非稳态法气-水相对渗透率测定实验方法，采用水体积计量管作为水相 体积量的计量装置，在气驱水过程中，记录岩样出口端的出水量。水体积计量管的最小分度 值为0.山以对于孔渗性较好的岩也，实验过程中气驱出的水量较多，可W较准确地对出水 量进行计量，因此该方法适用于中、高渗等常规岩也测试。但对于低渗-致密岩也来讲，其 孔隙度和渗透率较常规岩也都要低得多（渗透率可低至0. 1血W下，孔隙度可低至10%W 下），在实验过程中，气驱出的水量会很少，该样由于精度达不到要求，若仍采用水体积计量 管，无法准确获得岩也出口端水相体积，甚至根本无法计量。
[0005] 因此，现有的气一水相对渗透率测定方法无法获得精确的岩也出口端水相数据， 实验结果不可靠甚至完全错误，限制了实验数据的应用。
【发明内容】
[0006] 鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种低渗致密岩也气水相对 渗透率测定装置及测定方法，能够较精确地获得岩也出口端水相数据，从而准确获得气水 相对渗透率。
[0007] 本发明的目的通过W下技术方案得W实现：
[0008] -种低渗致密岩也气水相对渗透率测定装置，该装置包括气驱单元、液驱单元、第 一六通阀、围压粟、岩也夹持器、第二六通阀、液体测量单元和气体测量单元；
[0009] 所述岩也夹持器包括进口、出口和围压口；
[0010] 所述气体测量单元包括干燥器、精密电子砰和气体质量流量计，所述干燥器包括 进口端和出口端，所述干燥器的出口端与所述气体质量流量计相连通，所述干燥器设置在 所述精密电子砰上；
[0011] 所述气驱单元和所述液驱单元分别通过第一六通阀与所述岩也夹持器的进口相 连通，所述液体测量单元和所述干燥器的进口端分别通过第二六通阀与所述岩也夹持器的 出口相连通，所述围压粟与所述岩也夹持器的围压口相连通。
[0012] 上述的低渗致密岩也气水相对渗透率测定装置中，所述气驱单元为高压气体（例 如氮气）的发生及驱替单元，用于将气体注入岩也进行驱替；所述液驱单元将驱替液体注 入岩也进行驱替；所述液体测量单元能够测量从岩也夹持器出口流出的液体；所述气体测 量单元能够测量气驱水状态下从岩也夹持器出口流出的液体及气体。第一六通阀和第二六 通阀能够实现管路的快速切换。
[0013] 上述的低渗致密岩也气水相对渗透率测定装置中，干燥器和精密电子砰的组合能 够精确测得气驱水状态下从岩也夹持器出口流出的被驱替的液体的量，能够较精确地获得 岩也出口端水相数据，提高测量精度，克服低渗致密岩也气水相对渗透率测定水相计量误 差大、无法计量的缺点；优选的，所述精密电子砰的精度为0. 005g。
[0014] 上述的低渗致密岩也气水相对渗透率测定装置中，优选的，所述气驱单元包括气 源、气体增压粟、高压容器和加湿器，所述气源、气体增压粟、高压容器、加湿器依次连通，所 述加湿器分别与所述高压容器和所述第一六通阀相连通。
[0015] 根据具体实施方案，上述气驱单元还包括第一气驱阀口和第二气驱阀口，所述第 一气驱阀口设置在所述气源和所述气体增压粟之间，所述第二气驱阀口设置在所述加湿器 和所述第一六通阀之间。第一气驱阀口和第二气驱阀口可W开关气驱单元的管路。
[0016] 根据具体实施方案，上述气驱单元还包括气驱单元压力感受器，所述气驱单元压 力感受器是指在气驱单元管路中，用于测定气驱单元驱替气流的压力，优选将气驱单元压 力感受器设置在加湿器上。
[0017] 上述的低渗致密岩也气水相对渗透率测定装置中，优选的，所述液驱单元包括驱 替粟和模拟地层水源，所述模拟地层水源分别与所述驱替粟和所述第一六通阀相连通。
[0018] 上述的模拟地层水源能够产生模拟地层水，模拟地层水能够模拟油藏油层水的理 化状态。
[0019] 根据具体实施方案，上述液驱单元还包括液驱阀口，所述液驱阀口设置在所述模 拟地层水源和所述驱替粟之间。
[0020] 上述的低渗致密岩也气水相对渗透率测定装置中，优选的，所述液体测量单元包 括量筒、至少一个的水体积计量管，所述水体积计量管串联连接所述量筒后与所述第二六 通阀相连接。
[0021] 上述的量筒是通过转接阀口串联进入液体测量单元的管路的；多个的水体积计量 管通过转接阀口实现串联连接，然后连接进入液体测量单元的管路。
[0022] 上述的低渗致密岩也气水相对渗透率测定装置中，优选的，该测定装置还包括第 一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器设置在所述岩也夹持器的进口和第 一六通阀之间，所述第二压力传感器设置在所述岩也夹持器的出口和第二六通阀之间。
[0023] 本发明还提供一种低渗致密岩也气水相对渗透率测定方法，其使用上述的低渗致 密岩也气水相对渗透率测定装置，包括如下步骤：
[0024] 调节第一六通阀和第二六通阀，连通液驱单元、液体测量单元，关闭气驱单元、气 体测量单元；
[00巧]将已饱和模拟地层水的岩样装入岩也夹持器，用驱替粟W恒定液体压力使模拟地 层水源中的模拟地层水通过岩样，待岩也夹持器进出口的流量稳定后停止；
[0026] 调节第一六通阀和第二六通阀，连通气驱单元、气体测量单元，关闭液驱单元、液 体测量单元；
[0027] 气驱单元恒压驱替岩也夹持器中的模拟地层水，记录各个时刻的产气量及产水 量；
[0028] 气驱水至残余水状态，测定残余水状态下气相有效渗透率；
[0029] 在残余水状态下，完成气相有效渗透率测定后，再W1/2和/或1/4恒压驱替压力 分别测定气相有效渗透率，判断是否产生奈流；如果1/2和/或1/4恒压驱替压力下的有效 渗透率高于驱替压力下的有效渗透率的10 %，则发生奈流，实验失败，重新选择驱替压力， 再次进行实验。
[0030] 上述的低渗致密岩也气水相对渗透率测定方法中，用驱替粟W恒定液体压力使模 拟地层水源中的模拟地层水通过岩样，其目的是使岩也夹持器进出口的流量稳定，因此，其 恒定的液体压力没有具体的限定，只需使液体流过，达到流量稳定即可。
[0031] 上述的用驱替粟W恒定液体压力使模拟地层水源中的模拟地层水通过岩样，待岩 也夹持器进出口的流量稳定后停止的步骤可W得到计算水相渗透率的参数。
[0032] 上述的低渗致密岩也气水相对渗透率测定方法中，气驱单元恒压驱替岩也夹持器 中的模拟地层水中，恒压驱替根据空气渗透率、水相渗透率选取合适的驱替压差，即恒压的 驱替压力选择依据是一般渗透率越低选择的驱替压差越大。实验测定的过程中可W在经 验的基础上进行几次尝试。初始压差必须保证既能克服末端效应又不产生奈流，可选择 5. 5MPa的压差进行实验。对于如何判断产生奈流，即在残余水状态下，完成气相有效渗透率 测定后，再W1/2和/或1/4恒压驱替压力分别测定气相有效渗透率，判断是否产生奈流； 如果1/2和/或1/4恒压驱替压力下的有效渗透率高于驱替压力下的有效渗透率的10%， 则发生奈流，实验失败，重新选择驱替压力，再次进行实验。
[0033] 上述的低渗致密岩也气水相对渗透率测定方法中，优选的，该测定方法还包括测 定模拟地层水的密度，将测得的从岩也夹持器出口流出的被驱替的驱出水的重量换算成体 积的步骤。
[0034] 上述的低渗致密岩也气水相对渗透率测定方法中，优选的，该测定方法还包括对 所得的数据用非稳态法计算得到气水相对渗透率，并绘制气水相对渗透率与含水饱和度的 关系曲线的步骤。
[00巧]上述的非稳态法计算气水相对渗透率是指Buckley-Leverett-维驱替机理推导 的不稳定法相对渗透率计算方法，其计算公式如下：
【权利要求】
1. 一种低渗致密岩心气水相对渗透率测定装置，其特征在于：该装置包括气驱单元、 液驱单元、第一六通阀、围压泵、岩心夹持器、第二六通阀、液体测量单元和气体测量单元； 所述岩心夹持器包括进口、出口和围压口； 所述气体测量单元包括干燥器、精密电子秤和气体质量流量计，所述干燥器包括进口 端和出口端，所述干燥器的出口端与所述气体质量流量计相连通，所述干燥器设置在所述 精密电子秤上； 所述气驱单元和所述液驱单元分别通过第一六通阀与所述岩心夹持器的进口相连通， 所述液体测量单元和所述干燥器的进口端分别通过第二六通阀与所述岩心夹持器的出口 相连通，所述围压泵与所述岩心夹持器的围压口相连通。
2. 根据权利要求1所述的低渗致密岩心气水相对渗透率测定装置，其特征在于：所述 精密电子秤的精度为〇. 〇〇5g。
3. 根据权利要求1所述的低渗致密岩心气水相对渗透率测定装置，其特征在于：所述 气驱单元包括气源、气体增压泵、高压容器和加湿器，所述气源、气体增压泵、高压容器、力口 湿器依次连通，所述加湿器分别与所述高压容器和所述第一六通阀相连通。
4. 根据权利要求1所述的低渗致密岩心气水相对渗透率测定装置，其特征在于：所述 液驱单元包括驱替泵和模拟地层水源，所述模拟地层水源分别与所述驱替泵和所述第一六 通阀相连通。
5. 根据权利要求1所述的低渗致密岩心气水相对渗透率测定装置，其特征在于：所述 液体测量单元包括量筒、至少一个的水体积计量管，所述水体积计量管串联连接所述量筒 后与所述第二六通阀相连接。
6. 根据权利要求1所述的低渗致密岩心气水相对渗透率测定装置，其特征在于：该测 定装置还包括第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器设置在所述岩心夹 持器的进口和第一六通阀之间，所述第二压力传感器设置在所述岩心夹持器的出口和第 二六通阀之间。
7. -种低渗致密岩心气水相对渗透率测定方法，其使用权利要求1-6任一项所述的低 渗致密岩心气水相对渗透率测定装置，包括如下步骤： 调节第一六通阀和第二六通阀，连通液驱单元、液体测量单元，关闭气驱单元、气体测 量单元； 将已饱和模拟地层水的岩样装入岩心夹持器，用驱替泵以恒定液体压力使模拟地层水 源中的模拟地层水通过岩样，待岩心夹持器进出口的流量稳定后停止； 调节第一六通阀和第二六通阀，连通气驱单元、气体测量单元，关闭液驱单元、液体测 量单元； 气驱单元恒压驱替岩心夹持器中的模拟地层水，记录各个时刻的产气量及产水量； 气驱水至残余水状态，测定残余水状态下气相有效渗透率； 在残余水状态下，完成气相有效渗透率测定后，再以1/2和/或1/4恒压驱替压力分别 测定气相有效渗透率，判断是否产生紊流；如果1/2和/或1/4恒压驱替压力下的有效渗透 率高于驱替压力下的有效渗透率的10 %，则发生紊流，实验失败，重新选择驱替压力，再次 进行实验。
8. 根据权利要求7所述的低渗致密岩心气水相对渗透率测定方法，其特征在于：该测 定方法还包括对所得的数据用非稳态法计算得到气水相对渗透率，并绘制气水相对渗透率 与含水饱和度的关系曲线的步骤。
9.根据权利要求7所述的低渗致密岩心气水相对渗透率测定方法，其特征在于：所述 岩心夹持器进出口的流量稳定是指利用压力传感器和水体积计量管连续测定三次压差与 流速，得到水相渗透率，其相对误差小于3 %。
【文档编号】G01N15/08GK104359819SQ201410642987
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月10日 优先权日:2014年11月10日
【发明者】吕志凯, 贾爱林, 何东博, 位云生, 甯波 申请人:中国石油天然气股份有限公司