地层条件相对渗透率测定装置的制作方法

本发明涉及相对渗透率测定技术领域，特别涉及一种地层条件相对渗透率测定装置。

背景技术：

相对渗透率测定装置是一套多功能的研究地层岩石中多相流相对渗透率的装置，可依据标准syt5345-2007《岩石中两相流体相对渗透率测定方法》开展稳态法/非稳态法油水相对渗透率测定、气液相对渗透率测定实验，也可开展启动压力测定、水驱油效率测定以及储层敏感性评价等实验。

其中稳态法油/水，气/水测相对渗透率的基本理论依据为一维的达西渗流理论，并且是忽略毛细管压力和重力作用，假设两相流是不可互溶且不可压缩。实验时在总流量不变的条件下，油、水按一定比例同时恒速注入岩心中，当进、出口压力以及油、水流量稳定时，岩心含水饱和度不再变化，此时油、水在岩心空隙内的分布是均匀的，达到稳定状态，油、水的有效渗透率是常数。因此可利用测定岩心进、出口压力以及油、水流量，由达西定律计算出岩心中的油、水有效渗透率及稳态渗透率值，用称重法计算出岩心相应的平均含水饱和度。通过改变油、水注入比例，就可以得到一系列不同含水饱和度下的油、水渗透率值，并由此绘制出岩心的油、水相对渗透率曲线图。

其中非稳态法油/水，气/水，气/油相对渗透率测定是以buckley-leverett一维两相水驱油前缘推进理论为基础，并且是忽略毛细管压力和重力作用。假设两相流是不可互溶且不可压缩，岩心任一截面内油、水饱和度是均匀的。实验时将岩心用一种流体饱和，用另一种流体进行驱替，在水驱油过程中，油、水饱和度在多孔介质中的分布是距离和时间的函数，这个过程称非稳定过程。按照模拟条件的要求，在油藏岩心中进行恒压差或恒速度水驱油实验，在岩心出口端计量每种流体的质量和岩心两端的压差随时间的变化值，用“jbn”方法计算得到油/水，气/水，气/油相对渗透率，并绘制油/水，气/水，气/油相对渗透率与含水饱和度的关系曲线图。

相对渗透率测定装置一般由注入系统、模型系统、真空饱和系统、采集系统、计量系统、温压控制系统以及辅助系统等构成。常规的相对渗透率测量装置存在以下缺点：

(1)常规的相对渗透率测量装置自动化程度不高，计量系统往往采用人工计量的方法进行气、油、水计量；

(2)压差测量精度不高，传统的相对渗透率测量装置一般只有一种量程较大的压力传感器，当实验过程中的压差较小时，压差传感器测量的灵敏度不高；

(3)计量系统设置在室内环境，没有考虑温度引起的误差。

技术实现要素：

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种地层条件相对渗透率测定装置，将容器模块、夹持器模块、计量模块及相应的管阀件安装在恒温试验箱内，使它们在恒定的空气浴条件下模拟地层温度条件进行各种实验，减少温度对计量系统的影响。

为了实现上述目的，本发明提供一种地层条件相对渗透率测定装置，包括：岩心抽真空饱和模块、恒速恒压泵移动柜、计算机模块、恒速恒压泵、围压跟踪泵、气体增压模块、流程操作模块、容器模块、夹持器模块、恒温试验箱、计量模块、计量模块移动柜、试验箱移动柜；

所述岩心抽真空饱和模块设置于恒速恒压泵移动柜内，所述岩心抽真空饱和模块通过所述恒速恒压泵、所述围压跟踪泵分别与流程操作模块连接，所述气体增压模块与流程操作模块连接，所述流程操作模块设置于恒温试验箱旁边，所述流程操作模块和所述恒温试验箱设置于试验箱移动柜上，所述容器模块、夹持器模块都安装在恒温试验箱内，所述计量模块设置于试验箱移动柜内，且设置于计量模块移动柜上，

所述气体增压模块包括氮气源装置、增压泵、空气静音泵、三级可切换调压阀，所述容器模块包括储水容器、储油容器、增湿容器、注水口、注油口、注气口、排空/清洗口；所述储水容器的一端连接注水口，其另一端连接夹持器模块，所述储油容器的一端连接注油口，其另一端连接夹持器模块，所述增湿容器的一端通过气体流量计连接注气口，其另一端分别连接排空/清洗口、夹持器模块，所述注气口连接三级可切换调压阀的输出端，所述三级可切换调压阀的输入端连接增压泵，所述增压泵的输入端连接氮气源装置，所述空气静音泵连接增压泵的输入端，所述夹持器模块分别连接计量模块、恒速恒压泵、围压跟踪泵；

所述计算机模块包括计算机、多个压力传感器、多个压差传感器和温度传感器，所述计算机设置于所述恒速恒压泵移动柜上，所述计算机分别与每个压力传感器、每个压差传感器和温度传感器连接，所述夹持器模块的每个采集口都设有多个不同的压力传感器、压差传感器，所述温度传感器设置于恒温试验箱内。

进一步的，所述岩心抽真空饱和模块包括真空泵、干燥瓶、饱和瓶、真空表、控制管阀件，所述真空泵通过控制管阀件连接饱和瓶的一端，且所述真空泵与饱和瓶的一端之间设有真空表，所述饱和瓶的另一端连接干燥瓶的一端，所述干燥瓶的另一端设有另一控制管阀件。

进一步的，所述计量模块包括两相分离管、计量杯、分离天枰、计量天枰，所述分离天枰上设有两相分离管，所述计量天枰上设有计量杯。

进一步的，在进行气液分离计量时，所述两相分离管的出气口通过气体质量流量计连接计量杯的进气口。

进一步的，在进行油水分离计量时，所述两相分离管的出气口利用橡皮塞堵死，出水口连接计量杯的进气口。

进一步的，所述夹持器模块包括左锥头压帽、左堵头压帽、左堵头、左锥头、左锥头密封组件、模型筒体、岩心套筒、岩心、右锥头、右锥头密封组件、右锥头拉紧套、环压腔组件、第一环压柱塞密封组件、第二环压柱塞密封组件、环压柱塞、右堵头调节环、右堵头锲环、右堵头、环压腔、围压腔；所述岩心套筒内部装有岩心，所述岩心套筒的两端通过左堵头和右堵头堵住，所述岩心套筒放入围压腔内，所述围压腔的外侧设有模型筒体，所述左锥头插入左堵头内侧，且由左锥头密封组件和左锥头压帽固定，所述左堵头由左堵头压帽固定，所述右锥头插入右堵头内侧，且由右锥头密封组件和右锥头拉紧套固定，所述右堵头由右堵头调节环和右堵头锲环固定，所述右堵头调节环与右锥头拉紧套之间设有环压腔组件，所述环压腔组件内部设有环压腔，所述环压腔组件通过第一环压柱塞密封组件和第二环压柱塞密封组件与右堵头调节环和右锥头拉紧套密封。

进一步的，所述夹持器模块还包括支架，所述支架设置于模型筒体的底部。

进一步的，所述夹持器模块还与手压泵连接。

进一步的，所述流程操作模块还包括上游高压显示模块、上游中压显示模块、上游低压显示模块、围压显示模块、环压显示模块、下游压力显示模块、高压差显示模块、中压差显示模块、低压差显示模块；所述上游高压显示模块、上游中压显示模块、上游低压显示模块都连接所述夹持器模块的上游端，所述下游压力显示模块连接所述夹持器模块的下游端，所述围压显示模块连接所述夹持器模块的围压跟踪泵接入端，所述环压显示模块连接所述夹持器模块的恒速恒压泵接入端，所述高压差显示模块连接于上游高压显示模块与所述下游压力显示模块之间，所述中压差显示模块连接上游中压显示模块与所述下游压力显示模块之间，所述低压差显示模块连接上游低压显示模块与所述下游压力显示模块之间。

进一步的，还包括安全控制系统和辅助装置，所述安全控制系统至少包括smc电磁阀、气动阀、空气开关；所述辅助装置至少包括流程管线、阀门、三通四通、移动支架、全直径夹持器升降车、全直径夹持器加热保温套。

本发明的地层条件相对渗透率测定装置具有以下有益效果：

1、本发明采用不同量程的压力传感器的切换，为确保测量精度，可根据驱替压力大小选择不同量程的压力传感器来测量。

2、由于气体计量精度需要达到0.1ml，因此温度对液体体积的影响不可忽略。本发明将容器模块、夹持器模块、计量模块及相应的管阀件安装在恒温试验箱内，使它们在恒定的空气浴条件下模拟地层温度条件进行各种实验，减少温度对计量模块的影响。

3、本发明采用自动和手动融为一体的方法，使操作简单而快捷，自动化程度高，可自动读取计量系统中的流量，减少实验人员的工作量。

4、本方发明所描述的地层条件相对渗透率测定装置中的岩心夹持器模型整体架构设计比较新颖，拆装维修方便，由其可以适应不同长度岩心，岩心的拆卸非常容易。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的结构图；

图2为本发明的连接示意图；

图3为本发明的岩心抽真空饱和模块的结构示意图；

图4为本发明的流程操作模块结构示意图；

图5为本发明的进行气液分离计量时计量模块连接示意图；

图6为本发明的进行油水分离计量时计量模块连接示意图；

图7为本发明的夹持器模块的结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供一种地层条件相对渗透率测定装置，参考附图1-2所示，包括：岩心抽真空饱和模块1、恒速恒压泵移动柜2、计算机模块3、恒速恒压泵41、围压跟踪泵42、气体增压模块5、流程操作模块6、容器模块7、夹持器模块8、恒温试验箱9、计量模块10、计量模块移动柜11、试验箱移动柜12。

岩心抽真空饱和模块1设置于恒速恒压泵移动柜2内，岩心抽真空饱和模块1通过恒速恒压泵41、围压跟踪泵42分别与流程操作模块6连接，气体增压模块5与流程操作模块6连接，流程操作模块6设置于恒温试验箱9旁边，流程操作模块6和恒温试验箱9设置于试验箱移动柜12上，容器模块7、夹持器模块8都安装在恒温试验箱9内，计量模块10设置于试验箱移动柜9内，且设置于计量模块移动柜11上。

岩心抽真空饱和模块的工作原理为，主要利用真空系统对岩心进行抽真空饱和处理，首先对岩心进行抽真空处理，除去岩心内部的杂气，然后在真空状态下加入一定规格的液体进行浸泡，让岩心充分吸收，为了加快吸收速率，在浸泡过程中，对岩心和液体施加一定的外压，其外压可根据岩心疏松和致密程度而定。

其中，气体增压模块5包括氮气源装置51、增压泵52、空气静音泵53、三级可切换调压阀54，容器模块7包括储水容器71、储油容器72、增湿容器73、注水口75、注油口76、注气口79、排空/清洗口74；储水容器71的一端连接注水口75，其另一端连接夹持器模块8，储油容器72的一端连接注油口76，其另一端连接夹持器模块8，增湿容器73的一端通过气体流量计710连接注气口79，其另一端分别连接排空/清洗口74、夹持器模块8，注气口79连接三级可切换调压阀54的输出端，三级可切换调压阀54的输入端连接增压泵52，增压泵52的输入端连接氮气源装置51，空气静音泵53连接增压泵52的输入端，夹持器模块8连接计量模块10,夹持器模块8通过环压注入口77接恒速恒压泵41，通过围压注入口78接围压跟踪泵42。夹持器模块8还与手压泵43连接。

计算机模块3包括计算机、多个压力传感器31、多个压差传感器32和温度传感器，计算机设置于恒速恒压泵移动柜2上，计算机分别与每个压力传感器31、每个压差传感器32和温度传感器连接，夹持器模块8的每个采集口都设有多个不同的压力传感器31、压差传感器32，温度传感器设置于恒温试验箱9内。

由于驱替系统在无背压的条件下进行，所以模型下游压力可以认为是恒定的大气压力。同时考虑到该驱替系统通常用于测量常规岩心的油水相对渗透率。常规的油水相对渗透率测量时，两端的驱替压力可能很小。因此本发明采用上游压力采集和压差采集相结合的压差采集方案。如图2、4所示。

上游压力采集分为25mpa、16mpa、5mpa三个等级的采集压力，压差采集分为6.6mpa、1.4mpa、0.14mpa三个压力精度的采集。为了有利于用户扩展进行待背压的相渗实验，本发明在夹持器模块8的下游设计了一个5mpa的压力传感器以备使用。

压差计量系统采用不同量程的压力传感器的切换，为确保测量精度，可根据驱替压力大小选择不同量程的压力传感器来测量。

如图3所示，岩心抽真空饱和模块包括真空泵101、干燥瓶104、饱和瓶103、真空表102、控制管阀件105，真空泵101通过控制管阀件105连接饱和瓶103的一端，且真空泵101与饱和瓶103的一端之间设有真空表102，饱和瓶103的另一端连接干燥瓶104的一端，干燥瓶104的另一端设有另一控制管阀件。

如图4所示，流程操作模块还包括上游高压显示模块61、上游中压显示模块62、上游低压显示模块63、围压显示模块64、环压显示模块65、下游压力显示模块66、高压差显示模块67、中压差显示模块68、低压差显示模块69；上游高压显示模块61、上游中压显示模块62、上游低压显示模块63都连接夹持器模块8的上游端，下游压力显示模块66连接夹持器模块8的下游端，围压显示模块64连接夹持器模块8的围压跟踪泵接入端，环压显示模块65连接夹持器模块8的恒速恒压泵接入端，高压差显示模块67连接于上游高压显示模块61与下游压力显示模块66之间，中压差显示模块67连接上游中压显示模块62与下游压力显示模块66之间，低压差显示模块69连接上游低压显示模块63与下游压力显示模块66之间。

为了在非稳态渗透率测量时，精确的计量出油、气、水的累计气体，本发明采用密度差法实现油气、油水、气水的分离和计量。

计量模块包括两相分离管1103、计量杯1104、分离天枰1101、计量天枰1102，分离天枰1101上设有两相分离管1103，计量天枰1102上设有计量杯1104。

1)在进行气液分离计量时，如图5所示，两相分离管1103的出气口通过气体质量流量计1105连接计量杯1104的进气口。

当液气混合物进入分离天枰时，气体上浮，液体下沉。通过分离天枰的质量读数便可以计算出液体的体积，计算公式如下：

vl＝m/ρl，(1)；

其中，vl为液体体积，m为分离天枰的读数，ρl为液体的密度。

整个计量系统中气体的压力变化很小，可以认为气体的密度在整个计量系统中为定值。当气体的流量很小时，通过计量天枰内气体排出的液体的体积便可以计算出气液混合物中气体的体积vg：

vg＝(m2-m)/ρl

其中，m2为计量天枰的质量。

2)在进行油水分离计量时，如图6所示，两相分离管1103的出气口利用橡皮塞1106堵死，出水口连接计量杯1104的进气口。

实验中通常使用原油的密度一般和水有明显的密度差异。本发明设计通过密度差进行油水分离的设计方案。

在进行油水分离时，将两相分离管的出气口利用橡皮塞堵死。预先将两相分离管中充满实验用水。当油水混合物从进口进入两相分离管后，由于油水的密度相差较大，油上浮。但是两者的总体积在两相分离管中保持不变。通过质量的变化便可以计算油水体积vo。计算公式如下：

可以得出：

vo＝(m1-m)/(ρw-ρo)

其中，m1为分离天枰初始读数，m为分离天枰实时读数，ρw为水相密度，ρo为油相密度。

结合水相计量天枰的读数，便可以计算出端口水的体积：

vw＝(mw-m2)/ρw-vo

其中mw为计量天枰实时读数，m2为计量天枰的初始读数。

如图7所示，对夹持器模块的结构详细描述如下：

夹持器模块的整体设计材料采用316不锈钢，材料耐腐蚀、耐180℃高温、耐70mpa高压；岩心套筒采用75°氟橡胶，材料耐高温、耐油耐化学品腐蚀；所有密封形式采用o型圈加peek挡圈，o型圈材质选用氟橡胶，挡圈材质为peek，peek学名聚醚醚酮，材料耐高温、耐腐蚀、强度高耐磨。

夹持器模块整体架构设计比较新颖，拆装维修方便，由其可以适应不同长度岩心，岩心的拆卸非常容易。

夹持器模块8包括左锥头压帽82、左堵头压帽83、左堵头84、左锥头85、左锥头密封组件86、模型筒体87、岩心套筒88、岩心89、右锥头810、右锥头密封组件811、右锥头拉紧套812、环压腔组件813、第一环压柱塞密封组件814、第二环压柱塞密封组件815、环压柱塞816、右堵头调节环817、右堵头锲环818、右堵头819、环压腔820、围压腔821；岩心套筒88内部装有岩心89，岩心套筒88的两端通过左堵头84和右堵头819堵住，岩心套筒88放入围压腔820内，围压腔820的外侧设有模型筒体87，左锥头85插入左堵头84内侧，且由左锥头密封组件86和左锥头压帽82固定，左堵头84由左堵头压帽83固定，右锥头810插入右堵头819内侧，且由右锥头密封组件811和右锥头拉紧套812固定，右堵头819由右堵头调节环817和右堵头锲环818固定，右堵头调节环817与右锥头拉紧套812之间设有环压腔组件813，环压腔组件813内部设有环压腔820，环压腔组件813通过第一环压柱塞密封组件814和第二环压柱塞密封组件815与右堵头调节环817和右锥头拉紧套812密封。此外，夹持器模块8还包括支架81，支架81设置于模型筒体87的底部。

使用夹持器模块时，将岩心放入岩心套筒内部，两端用堵头堵住，整体放入围压腔中。实验过程通过一侧的端部堵头向岩心中注入流体，同时向围压腔中注入高压流体，要保住岩心套筒外部的压力高于岩心套筒内部压力，这样就能够将胶套挤压在岩心上，保证注入岩心套筒内部的流体能够在岩心内部通过，而不沿着夹套和岩心的缝隙渗流。

本发明的地层条件相对渗透率测定装置还包括安全控制系统和辅助装置，安全控制系统至少包括smc电磁阀、气动阀、空气开关；辅助装置至少包括流程管线、阀门、三通四通、移动支架、全直径夹持器升降车、全直径夹持器加热保温套。

本发明的整体流程中各个部件通过φ3管线衔接，配合阀门和三通完成整个流程的控制，流程中采取手动和自动控制相互结合实现其操作功能，满足客户需求，流程中注入系统的切换由于是恒温箱外部操作，因此是通过手动控制完成；不同实验样品注入的切换是在恒温箱内部操作，因此采取自动切换；压力和压差量程的切换采取自动切换。

工作原理：首先利用岩心抽真空饱和模块对岩心进行抽真空处理，除去岩心内部的杂气，然后将岩心放入到岩心套筒内部，两端用堵头堵住，整体放入围压腔内，此时开启恒温试验箱模拟地层温度，接着控制气体增压模块、流程操作模块、容器模块，从夹持器模块一侧的端部堵头向岩心中注入流体，在浸泡过程中，对岩心和液体施加一定的外压，同时向围压腔中注入高压流体，保住岩心套筒外部的压力高于岩心套筒内部压力；具体实验步骤可参照标准syt5345-2007《岩石中两相流体相对渗透率测定方法》，依次完成饱和水、饱和油、建立束缚水饱和度并测得油相有效渗透率、老化油、管线排空等过程后，根据实验方案进行实验并记录数据，将产出物引入到计量模块中进行计量，计算得到实验驱替流体的相对渗透率，并绘制实验驱替流体的相对渗透率与含水饱和度的关系曲线图。实验完成后，清理并保养仪器。

本发明的地层条件相对渗透率测定装置具有以下有益效果：

1、本发明采用不同量程的压力传感器的切换，为确保测量精度，可根据驱替压力大小选择不同量程的压力传感器来测量。

2、由于气体计量精度需要达到0.1ml，因此温度对液体体积的影响不可忽略。本发明将容器模块、夹持器模块、计量模块及相应的管阀件安装在恒温试验箱内，使它们在恒定的空气浴条件下模拟地层温度条件进行各种实验，减少温度对计量模块的影响。

3、本发明采用自动和手动融为一体的方法，使操作简单而快捷，自动化程度高，可自动读取计量系统中的流量，减少实验人员的工作量。

4、本方发明所描述的地层条件相对渗透率测定装置中的岩心夹持器模型整体架构设计比较新颖，拆装维修方便，由其可以适应不同长度岩心，岩心的拆卸非常容易。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。