专利名称：检测油水分相渗流阻力梯度的方法
技术领域：
本发明属于油层物理研究领域，涉及油水两相渗流时分相渗流阻力梯度的实验测量方法，即能区别测量油水两相渗流时油相渗流阻力梯度和水相渗流阻力梯度。
背景技术：
在经典的渗流理论DARCY定律中，流体的渗流阻力被忽略不计，只要有驱替动力，流体就会在储层中流动。近年的国内外研究发现，油水渗流过程中，尤其是低渗透储层的油水渗流，其渗流阻力对油水的地下运移活动影响很大。众所周知，物体在运动过程中会受到阻力作用。与物体的运动一样，油水两相渗流时，不同相的流体(即油和水)都会受到相应的阻力作用，二者的大小往往互不相同，而且随岩石类型、流体类型、流体饱和度和流体渗流速度而变化。渗流力学中，常用渗流阻力梯度来表征流体渗流过程中所受阻力的大小。不同流体相所受的渗流阻力梯度，被称为分相渗流阻力梯度，比如油所受到的渗流阻力梯度称为油相渗流阻力梯度，水所受到的渗流阻力梯度称为水相渗流阻力梯度。
目前，渗流阻力梯度的实验测试技术发展较为缓慢，主要是由于对实验设备、实验条件的要求较高，而且需要花费不少的时间和资金。从国内外已开展的研究工作看来，单相渗流过程中，渗流阻力梯度的测试方法已经基本成熟，而油水两相共同渗流过程中分相渗流阻力梯度的测试还存在很大困难，也就是说，油水共同渗 流时，传统方法不能区别测量出油相渗流阻力梯度和水相渗流阻力梯度的大小。
发明内容
本发明针对油水共同渗流时传统方法不能区别测量油相渗流阻力梯度和水相渗流阻力梯度的问题，提出了新的实验检测方案。
本实验测定方法是这样实现的 根据广义渗流描述方法可知，对非线性渗流曲线上的任何一个微分线性渗流段而言，它所对应的流态都可用线性方程(1)来描述。式中，
为流体相l的渗流速度(l代表油或水)，Krlp为拟相对渗透率，rl为流体相l的渗流阻力梯度，
为驱替压力梯度，ul为流体相l的粘度，K为岩石的绝对渗透率。
在某一岩石类型、流体类型和流体饱和度条件下，求与任一流速
相对应的流体相l的渗流阻力梯度的过程，可分以下几个步骤进行。
(1)采用流量-压差关系实验流程，建立油水两相渗流过程中流体渗流速度
与反向驱替压力梯度
之间的对应关系(反向驱替压力梯度即为驱替压力梯度
的相反数。取流体的渗流方向为正方向，则驱替压力梯度为负值，而反向驱替压力梯度等于驱替压力梯度的相反数，其值为正；反向驱替压力梯度在数值上等于驱替压差除以岩芯长度)； (2)在任一速度
的某个邻域内取两个速度点
其中，
此处
为一个充分小的流速值(一般取0.001mL/min)，这样做的目的是，让三个速度
和
所对应的渗流点位于同一个微分线性渗流段j内，设该微分线性渗流段的拟相对渗透率和渗流阻力梯度分别为Krlpj、rlj，则由式(1)可得到该微分线性渗流段的渗流描述方程为
(3)由渗流曲线中
与
的对应关系，用插值方法求出分别与
相对应的反向驱替压力梯度
(4)由于两组渗流点坐标
都满足微分线性渗流段j的渗流描述方程(2)式，将这两组渗流坐标点代入方程(2)后得到一个方程组，求解该方程组可得rlj如下
根据以上关系制定本发明的实验测量步骤如下 (1)将测试样品固定在试验台上，通过控制泵速，保持油速不变，以不同的水速进行驱替实验，待油、水流速和驱替压差稳定后，记录油速、水速和驱替压差，并用称重法求出相应的水饱和度； (2)变换油速，重复步骤(1)中的操作过程，得到驱替压差与油速、水速的关系表以及水饱和度与油速、水速的关系表； (3)通过驱替压差和油速、水速的关系表以及岩芯长度，建立反向驱替压力梯度与油速、水速的关系表； (4)通过反向驱替压力梯度与油速、水速的关系表和水饱和度与油速、水速的关系表，可以建立不同流体速度下反向驱替压力梯度与水饱和度的关系表； (5)根据不同流体流速下反向驱替压力梯度与水饱和度的关系表，采用插值方法计算得出目标水饱和度swobj下不同流体流速与反向驱替压力梯度间的关系表； (6)在目标水饱和度swobj条件下，在任一流体流速
的某个邻域内取两个速度点
其中，
此处
为一个充分小的值(比如0.001mL/min)； (7)由目标水饱和度swobj条件下的流体流速
与反向驱替压力梯度
的对应关系表，用插值方法求出分别与
相对应的反向压力梯度
并将体积流速
分别转换成渗流速度
(8)根据计算式
计算得出流体相l在目标水饱和度swobj和流体流速
条件下的渗流阻力梯度值rlj。
图1是分相渗流阻力梯度的测试装置示意图。
具体实施例方式 下面参照附图通过具体实验对本发明的方法作进一步说明。
1、实验设备及流程要求 分相渗流阻力梯度的实验测试流程与一般的流量-驱替压差关系实验相同。实验流程要求采用低速、稳定的高精度泵和灵敏、稳定、准确的压力传感器。此实验建议最好采用QUIZIX四缸柱塞泵，其最小校正流量0.0008mL/min；采用不同量程的二套压力传感器，实验前同时校正零点，实验后再次校核零点。实验采用在线数据记录和处理软件，检测压力稳定趋势，并判断读取稳定的压力测点。实验室和恒温箱要有良好的控温装备，用以保证稳定的实验环境温度(实施例中保持在22℃的常温下进行实验)。渗流阻力梯度的测试装置图如图1所示。
2、准备好岩芯样品和相应的油、水样品，并按图1准备好实验装置。
3、实验测定步骤 (1)将测试样品固定在试验台上，通过控制泵速，保持油速不变，以不同的水速进行驱替实验，待油、水流速和驱替压差稳定后，记录油速、水速和驱替压差，并用称重法求出相应的水饱和度； (2)变换油速，重复步骤(1)中的操作过程，得到驱替压差与油速、水速的关系表以及水饱和度与油速、水速的关系表； (3)通过驱替压差和油速、水速的关系表以及岩芯长度，建立反向驱替压力梯度与油速、水速的关系表； (4)通过反向驱替压力梯度与油速、水速的关系表和水饱和度与油速、水速的关系表，可以建立不同流体速度下反向驱替压力梯度与水饱和度的关系表； (5)根据不同流体流速下反向驱替压力梯度与水饱和度的关系表，采用插值方法计算得出目标水饱和度swobj下不同流体流速与反向驱替压力梯度间的关系表； (6)在目标水饱和度swobj条件下，在任一流体流速
的某个邻域内取两个速度点
其中，
此处
为一个充分小的值(比如0.001mL/min)； (7)由目标水饱和度swobj条件下的流体流速
与反向驱替压力梯度
的对应关系表，用插值方法求出分别与
相对应的反向压力梯度
并将体积流速
分别转换成渗流速度
(8)根据计算式
计算得出流体相l在目标水饱和度swobj和流体流速
条件下的渗流阻力梯度值rlj。
本发明的检测方法所使用的检测设备，由四缸Qizix连续流泵1、压力传感器2、岩芯夹持器3、岩芯4、恒温箱5、手动泵6、计算机7、计量仪8和六通阀9组成。四缸连续流泵1通过六通阀9与岩心夹持器3相连，并通过手动泵6给岩芯夹持器3提供围压，岩芯夹持器3设置在恒温箱5中，压力传感器2安装在六通阀9上，四缸Qizix连续流泵1提供的流体经过六通阀9传递到岩心夹持器3，进入岩心4，流出的液体进入计量仪8，产生的压力通过压力传感器2检测，并经数据线传到计算机7，被数据采集系统接受和记录。
实施例 1、准备好岩芯样品和相应的油、水样品，并按图1准备好实验装置。
实验岩芯本实例中所用岩芯为牛4-11/31，岩芯参数如表1所示。 表1 实验岩芯参数 实验用水3％KCL水溶液，密度为0.9992g/cm3，常温(22℃)下粘度为1mPa.s。
实验用油用煤油与白油配置而成，常温下密度为0.8537g/cm3，粘度为1.15mPa.s。
2、实验测定步骤 (1)通过控制泵速，保持油速0.0015mL/min不变，以不同的水速进行驱替实验(水速分别为0.0015、0.004、0.012、0.023、0.038、0.114、0.228mL/min)，待油、水流速和驱替压差稳定后，记录油速、水速和驱替压差，并用称重法求出相应的流体饱和度； (2)变换油速(将油的体积流速分别设置成0.004、0.012、0.023、0.038、0.114、0.228mL/min)，重复步骤(1)中的操作过程，可得到驱替压差和油速、水速的关系表(表2)；同理，也可以得到水饱和度与油速、水速的关系表(表3)；表2 驱替压差与油速、水速的关系表
表3 水饱和度与油速、水速的关系表
(3)通过驱替压差和油速、水速的关系表(即表2)以及岩芯长度，建立反向驱替压力梯度与油速、水速的关系表(表4)； 注在表4中，压力的单位为MPa，而表2中压力的单位为psi，二者的换算关系为 1psi＝4.8947572×10-3MPa；表4 反向驱替压力梯度与油速、水速的关系表
(4)通过反向驱替压力梯度与油速、水速的关系表(表4)和水饱和度与油速、水速的关系表(表3)，可以建立不同流体速度下反向驱替压力梯度与水饱和度的关系表(见表5)； 表5 不同流体速度下反向驱替压力梯度与水饱和度的关系表
(5)根据不同流体速度下反向驱替压力梯度与水饱和度的关系表(表5)，采用插值方法计算得出目标水饱和度swobj下不同流体流速(本实例中为油相流速)与反向驱替压力梯度间的关系表(见表6)； 注本实例中swobj＝0.55；在插值过程中，水饱和度要转换成小数。比如，要插值计算得出在油相流速为0.0015mL/min条件下、与水饱和度0.55相对应的反向驱替压力梯度，所用到的插值数据点不是(54.6，0.042)和(57.3，0.080)，而应是(0.546，0.042)，(0.573，0.080)，即必须把用百分数表示的水饱和度54.6和57.3，转变成用小数表示的水饱和度0.546和0.573。表6 水饱和度为0.55时不同油相流速与反向驱替压力梯度间的关系表 (6)在目标水饱和度swobj条件下，在任一流体流速
的某个邻域内取两个速度点
其中，
此处
为一个充分小的值(比如0.001mL/min)； 在本实例中，swobj＝0.55，
为油相流速
(7)根据目标水饱和度swobj条件下流速
与反向驱替压力梯度
的对应关系表，用插值方法求出分别与
相对应的反向压力梯度
并将流体的体积流速
转换成渗流速度
在本实例中，根据步骤(6)中的
值和表6，插值计算可得 转换后得到的渗流速度为
(8)将步骤(7)中得到的
和渗流速度
代入计算式
其最终计算结果为rlj＝roj＝0.022370MPa/m；即在水饱和度为0.55、油相流速为0.021mL/min条件下的油相渗流阻力梯度为0.022370MPa/m。
权利要求
1、油水分相渗流阻力梯度的实验检测方法，其特征在于实验测量步骤如下
(1)将测试样品固定在实验台上，控制泵速，保持油速不变，以不同的水速进行驱替实验，待油、水流速和驱替压差稳定后，记录油速、水速和驱替压差，并用称重法求出相应的水饱和度sw；
(2)变换油速，重复步骤(1)中的操作过程，得到驱替压差和油速、水速的关系表以及水饱和度与油速、水速的关系表；
(3)通过驱替压差和油速、水速的关系表以及岩芯长度，建立反向驱替压力梯度与油速、水速的关系表；反向驱替压力梯度为驱替压力梯度的相反数，它在数值上等于驱替压差除以岩芯长度；
(4)通过反向驱替压力梯度与油速、水速的关系表和水饱和度与油速、水速的关系表，可建立不同流体流速下反向驱替压力梯度与水饱和度的关系表；
(5)根据不同流体速度下反向驱替压力梯度与水饱和度的关系表，采用插值法计算出目标水饱和度swobj下不同流体流速与反向驱替压力梯度间的关系表；
(6)在目标水饱和度swobj条件下，在任一流体流速
的某个邻域内取两个速度点
其中，
此处
为一个充分小的值，比如0.001mL/min；
(7)由目标水饱和度swobj条件下流体流速
与反向驱替压力梯度
的对应关系表，用插值法求出分别与
相对应的反向压力梯度
并将体积流速
分别转变成渗流速度
(8)根据计算式
计算得出流体相i在目标水饱和度swobj和渗流速度
条件下的渗流阻力梯度值rij。
在实验过程内的步骤(1)至步骤(7)中，进行相关数据处理时，采用的流体流速是体积流速
其量纲为mL/min，在步骤(8)中做最终计算时，则采用的流体流速为渗流速度
其量纲为um/s。体积流速除以岩芯横截面积则为流体的渗流速度，二者的转换关系为
式中，
渗流速度，um/s；
体积流速，mL/min；r；岩心半径，cm。
2、根据权利要求1所述的检测方法所使用的检测设备，其特征在于由四缸Qizix连续流泵、六通阀、压力传感器、岩心夹持器、岩芯、恒温箱、手动泵、计算机和计量仪组成。四缸连续流泵通过六通阀与岩心夹持器相连，岩芯夹持器设置在恒温箱中，压力传感器安装在六通阀上，泵提供的流体经过六通阀传递到岩心夹持器，进入岩心，流出的液体进入计量仪，产生的压力通过压力传感器检测，并经数据线传到计算机，被数据采集系统接受和记录。
全文摘要
本发明公开了一种油水分相渗流阻力梯度的实验检测方法，属于油层物理研究领域。根据广义渗流描述理论，对非线性渗流曲线上的任何一个微分线性渗流段而言，它所对应的流态都可用线性方程来描述。基于上述渗流描述方法，提出了油水两相渗流时分相渗流阻力梯度的检测方法，采用此测量方法，可确定出某一岩石类型、流体类型和流体饱和度条件下、与任一流速相对应的流体相l的渗流阻力梯度。本发明提出的方法可填补“分相渗流阻力梯度目前尚无法区别测量”的空白，而且具有方法简单、快速和准确实用等特点，因而具有很好的推广使用价值。
文档编号G06F19/00GK1945276SQ20061006950
公开日2007年4月11日 申请日期2006年10月20日 优先权日2006年10月20日
发明者孙焕泉, 周涌沂, 王端平, 刘显太, 李振泉, 杨耀忠, 时佃海 申请人:中国石化股份胜利油田分公司地质科学研究院