一种径向流条件下不同水合物饱和度时的气水相对渗透率测定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种径向流条件下不同水合物饱和度时的气水相对渗透率测定方法， 属于天然气水合物资源开发领域。
【背景技术】
[0002] 天然气水合物分布广泛，储量大、能量密度高，是重要的新型能源。随着社会经济 的发展，水合物资源的开发利用得到了普遍关注。目前，水合物藏的开采主要包括降压法、 注热法、注化学剂法和气体置换法等几种模式。
[0003] 水合物开采时，储层中的流动为气水两相渗流。作为重要的物性参数之一，渗透率 对水合物藏在开采过程中的产气和产水等动态变化特征有决定性影响。然而目前对天然气 水合物藏的研究较少，且研究的焦点主要放在开发方式的选择上，对于天然气水合物藏中 的气水相对渗透率曲线仍然简单地沿用油气田开发经典理论中的相对渗透率模型，但在水 合物藏开采过程中，水合物的饱和度不断发生变化，不同水合物饱和度下气水相渗规律有 很大不同，此外，实际水合物储层中的气水流动为径向流，而目前渗透率都在一维线性流的 基础上测定，因此目前的研究结果与实际开发动态可能存在较大出入，不能反映实际流体 的流动状态。综上可知目前尚缺少一种有效的气水相对渗透率的实验测定方法，这严重制 约了对天然气水合物藏中气水流动规律的认识及相关研究。
【发明内容】
[0004] 本发明提供了一种不同水合物饱和度下气水相对渗透率测定方法，在人工合成 CH4水合物的基础上，使用N2作为驱替气体，结合多孔介质模型径向流驱替实验，实现了对不 同水合物饱和度状态下气水相对渗透率的测量。研究表明，使用N 2作为驱替气体，能够避免 气水两相渗流过程中导致的CH4水合物分解或形成，保证测量结果的可靠性。本发明实用性 强，可以反映真实天然气水合物藏中的气水渗流规律，对于认识天然气水合物藏中的气水 流动规律，提高不同开发方式研究结果的可靠性具有重要意义。
[0005] 本法明的具体方法为：
[0006] (1)制备多孔介质模型：将50-100目的石英砂洗净并用蒸馏水清洗3-5次，晾干之 后填入反应釜，逐层夯实，形成致密均匀的多孔介质模型，并称量多孔介质模型的质量m〇;
[0007] (2)测量多孔介质模型的孔隙度:将真空栗保持负压O.IMPa，对多孔介质模型抽真 空1-3小时，将蒸馏水以0.5-10mL/min的速度注入模型，见水后继续注入1.5-2.5PV的蒸馏 水，待出口端水流速度稳定后，记录此时蒸馏水的累积注入体积h和累积产出体积％，由式 ①和式②，根据模型尺寸计算模型孔隙度Φ
[0008] - ①
[0009]
[0010] 式中，φ为多孔介质模型孔隙度，小数;νΡ为多孔介质模型孔隙体积，cm3;%为蒸馏 水的累积注入体积，mL; V2为蒸馏水的累积产出体积，mL; Re为多孔介质模型外径，cm; Rw为多 孔介质模型中模拟井内径，cm;h为多孔介质模型高度，cm;
[0011] (3)测量多孔介质模型径向流条件下的绝对渗透率：以0.5-10mL/min的速度向多 孔介质模型中注入蒸馏水，待出口端水流速度稳定后，测量注入端压力 P1、出口端压力P2、水 流量q，由式③，计算模型绝对渗透率1^
[0012] '广 I
r 1 /
[0013]式中，ka为多孔介质模型的绝对渗透率，ym2;q为水流量，mL/ S;yA蒸馏水粘度， mPa. s;pi为多孔介质模型注入端压力，K^MPa;P2为多孔介质模型出口端压力，K^MPa;
[0014] (4)生成含水合物多孔介质：用含水合物生成诱导剂SDS或THF-SDS的水溶液以 0.5-10mL/min的速度驱替模型中的蒸馏水，当注入量为1.2-1.5PV，注入结束，并关闭出口 阀，继续注入至预定压力Pset，所述p set范围为7-10MPa;将CH4压缩至所述预定压力，打开出 口阀，保持出口端压力为所述预定压力，以〇 · 5-10mL/min的速度将CH4注入多孔介质模型， 达到预定注入量〇. 05-0.50PV后，关闭出口阀，并记录此时模型压力ps、环境温度Ts和累积产 出水的体积V 3,将模型环境温度降至1_4°C，开始水合物的生成过程，并记录模型温度、压力 变化，待体系压力不再发生变化后，CH 4水合物生成过程结束；
[0015] (5)计算水合物饱和度:打开出口阀，将压力保持在5MPa-8MPa，以0 · 5-10mL/min的 速度将蒸馏水注入多孔介质模型，待出口端速度稳定后，记录此阶段累积注入水体积％、累 积产出水体积V 4以及在大气压pq和室内温度To下CH4的累积产出体积V6，由式④，将产出CH4 体积转换为温度为T s，压力为仏时的体积V7
[0016]
[0017] 式中，V7为产出CH4在温度为Ts，压力为ps时的体积;V6为产出CH4在温度为To，压力 为PQ时的体积，mL;To为室内温度，K;TS为多孔介质模型的环境温度，K;pQ为大气压力，Pa;p s 为多孔介质模型压力，Pa;Zo为温度为To,压力为po时CH4的压缩因子;Zs为温度为T s，压力为 ps时CH4的压缩因子，
[0018] 由式⑤，计算生成的水合物饱和度Sh
[0019]
[0020] 式中，Sh为CH4水合物饱和度，小数;V3为所述步骤(4)中累积产出水体积，mL; V4为 所述步骤(5)中累积产出水体积，mL; V5为所述步骤(5)累积注入水体积，mL;
[0021] (6)测量一定气水饱和度时的气水径向流条件下的有效渗透率:将N2和蒸馏水以 10:1的比例恒速注入多孔介质模型中，待出口端速度稳定后，分别测量此时多孔介质模型 环境温度T m，注入端压力p3、出口端压力P4,水的流量qw，大气压po和室内温度1\)下他的流量q g 及含水多孔介质模型的质量mi，由式⑥、式⑦、式⑧和式⑨，分别计算此时水相饱和度Sw，气 相饱和度38，水相有效渗透率kw，气相有效渗透率匕
[0022]
[0023]
[0024]
[0025]
[0026] 式中，Sw为水相饱和度，小数;mo为多孔介质模型的质量，g;mi为含水多孔介质模型 的质量，g; Pw为蒸馏水密度，g/cm3; Sg为气相饱和度，小数;kw为水相有效渗透率，μπι2; qw为水 流量，mL/s ; p3为多孔介质模型注入端压力，lO^MPa; P4为多孔介质模型出口端压力，10_ ^Pa; kg为气相有效渗透率，μπι2; qd温度为To，气压为po时他的流量，mL/s; Tm为多孔介质模 型的环境温度，Κ;μΑ温度为Tm，压力为(p3+p4)/2时犯的粘度，mPa.s;Z^温度为To,压力为 po时N2的压缩因子;Zm为温度为Tm，压力为(P3+P4)/2时N2的压缩因子；
[0027] (7)由式⑩，计算该气水饱和度时，径向流条件下水相相对渗透率krw，气相相对渗 透率k
[0028]
[0029] 式中，krw为水相相对渗透率，小数;krg为气相相对渗透率，小数。
[0030] (8)保持总流量不变，逐渐增大所述步骤(6)中水的注入比例，重复步骤(6)-(7)， 测量不同气水饱和度下的相对渗透率，得到水合物饱和度为Sh时的气水相对渗透率数据；
[0031] (9)重复步骤（1)-(8)，通过控制CH4的注入量，生成不同水合物饱和度下的多孔介 质模型，测量不同水合物饱和度下的气水相对渗透率数据。
【附图说明】
[0032]图1为多孔介质模型示意图；
[0033]图2为水合物径向流条件下气水相对渗透率测量示意图；
[0034]图3为气水相对渗透率曲线(CH4水合物饱和度为0.09);
[0035] 图4为气水相对渗透率曲线(CH4水合物饱和度为0.22);
[0036] 其中：丨一测压点，2-注入流体，3-反应釜，4一模拟生产井，5-产出流体，6-模 型外壳，7-测温点，8-产出水，9一产出气，10-流量计，11一分离器，12-压力计，13-多 孔介质模型，14 一阀门，15-CH4,16 - N2，17-蒸馏水，18-含水合物生成诱导剂的水溶液， 19一驱替栗，20-放空阀，21 -真空栗，22-丨旦温箱。
【具体实施方式】
[0037] 下面为结合附图详细说明本发明，但不限定本发明的实施范围。
[0038] (1)制备多孔介质模型。将50~100目的石英砂洗净并用蒸馏水清洗3次，晾干之后 填入反应釜3,逐层夯实，形成致密均匀的多孔介质模型。测量多孔介质模型的尺寸数据，多 孔介质模型中模拟井内径Rw = 0.5cm，模型外径Re = 25cm，模型高度h = 20cm，模型的质量mo = 70000g〇
[0039] (2)测量多孔介质模型的孔隙度。将真空栗21保持负压O.IMPa对多孔介质模型13 抽真空2小时，将蒸馏水17以5. OmL/min的速度注入模型13，见水后继续栗入2PV，记录此时 蒸馏水的累积注入体积化=37700mL和累积产出体积V 2 = 25120mL。由式①和式②，计算模型 孔隙度
[0040]
[0041]
[0042] (3)测量多孔介质模型径向流条件下的绝对渗透率。以5. OmL/min的速度向多孔介 质模型13中注入蒸馏水17，待出口端水流速度稳定后，测量水流量q = 5. OmL/min、注入端压 力pi = 0.10053MPa、出口端压力p2 = 0.1 MPa。由式③，计算模型绝对渗透率ka = 0.489ym2。
[0043]
[0044] (4)生成含水合物多孔介质。用含水合物生成诱导剂SDS的水溶液18以5. OmL/min 的速度驱替模型13中的蒸馏水，当注入量为1.2PV时，关闭出口阀，继续注入至预定压力pset =8.7MPa