專利名稱：用于測定油藏巖心油、氣、水三相相對滲透率實(shí)驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測定油藏柱狀巖心油、氣、水三相相對滲透率的實(shí)驗(yàn)方法。該方法的發(fā)明對油藏開發(fā)實(shí)驗(yàn)研究具有特殊的意義。
多孔介質(zhì)中的油、氣、水三相相對滲透率實(shí)驗(yàn)測定研究始于四十年代初，M.C.萊福端特(M.C.Leverett)首先在人工砂樣品上，利用穩(wěn)態(tài)實(shí)驗(yàn)方法測定了油、氣、水三相相對滲透率。油、氣、水飽和度的測定采用了電阻率方法。萊福瑞特的實(shí)驗(yàn)沒有考慮克服影響實(shí)驗(yàn)精度的兩個(gè)效應(yīng)，即滯后效應(yīng)和末端效應(yīng)。飽和度的測試技術(shù)也存在一定的問題。一九五一年，B.H.考德等人(B.H.Caudle，et.al)提出了利用蒸餾法測定三相相對滲透率實(shí)驗(yàn)中油和水的飽和度。實(shí)驗(yàn)中忽略了滯后效應(yīng)和末端效應(yīng)的影響，由于測試過程中液體流失，使飽和度的測試精度受到影響。A.T.科里(A.T.Corey)和S.里德(S.Reid)于一九五六年分別提出了不同方法，獲得了油、氣、水三相相對滲透率?？评锏膶?shí)驗(yàn)過程存在一定不足，而里德的實(shí)驗(yàn)沒有克服滯后效應(yīng)。一九六二年，R.W.斯耐爾(R.W.Snell)在人工砂樣品上，利用穩(wěn)定態(tài)方法，獲得三相相對滲透率。飽和度的測試技術(shù)采用了RCL振蕩電路和中子轟擊相結(jié)合的方法，實(shí)驗(yàn)方法的不足是實(shí)驗(yàn)過程過于復(fù)雜，樣品與油藏實(shí)際樣品存在較大的差別。一九六六年，E.C.唐納森(E.C.Donaldson)等人和A.M.薩瑞姆(A.M.Sarem)分別利用非穩(wěn)態(tài)的兩相相對滲透率實(shí)驗(yàn)的擴(kuò)展來計(jì)算三相相對滲透率。顯然，這種方法缺少油、氣、水共同流動的條件。一九六七年和一九八三年，D.N.薩拉夫(D.N.Saraf)提出兩種截然不同的方法，其一，利用核磁共振技術(shù)來確定巖心中的各相飽和度，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的昂貴，實(shí)驗(yàn)條件與油藏條件相差很大，所以很難在實(shí)際工作中推廣;其二，利用穩(wěn)定態(tài)和非穩(wěn)定態(tài)相結(jié)合的方法，測定了油、氣、水三相相對滲透率，飽和度的測試采用了循環(huán)系統(tǒng)的物質(zhì)平衡方法。由于他的實(shí)驗(yàn)條件所限，使得滯后效應(yīng)不能很好地克服。一九八二年，E.V.斯?jié)櫳?E.V.Spronsen)提出了一種利用離心機(jī)方法測定三相相對滲透率，飽和度的測定采用重力差法，該方法沒有構(gòu)成油、氣、水在多孔介質(zhì)中流動，故三相相對滲透率曲線沒有代表性。一九八八年，M.J.奧克(M.J.Oak)等人利用X-光吸附技術(shù)測定了貝利(Berea)砂巖中的多相飽和度，盡管設(shè)備是先進(jìn)的，但是滯后效應(yīng)在他們實(shí)驗(yàn)中仍沒有得到克服。
本發(fā)明的目的是提供一種避免上述缺點(diǎn)的測定油、氣、水三相相對滲透率的實(shí)驗(yàn)裝置和試驗(yàn)程序。
解決這項(xiàng)任務(wù)的方法是油、氣、水三相相對滲透率實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)和程序，該裝置是由注入系統(tǒng)、壓力測量系統(tǒng)、三段巖心系統(tǒng)、微重飽和度測試系統(tǒng)以及油、氣、水分離計(jì)量系統(tǒng)組成。注入系統(tǒng)是由恒速注水泵1、恒速注油泵2、以及裝有壓縮空氣的鋼瓶4組成。壓力測量系統(tǒng)是由入口壓力表21、DP15壓力傳感器25，出口壓力表29，壓力組合箱30以及臺試記錄儀31組成。三段巖心夾持器是由穩(wěn)定段26，試驗(yàn)段27，以及末端段28組成。微重飽和度測試系統(tǒng)是由電子計(jì)數(shù)天平36和微波儀37組成;油、氣、水分離計(jì)量系統(tǒng)是由油、氣、水分離器32，和皂泡流量計(jì)35組成。
本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)程序是1.試驗(yàn)樣品制備，取人造巖心或油藏巖心，鉆成直徑為2.5cm，長為9cm的園柱樣品。油藏巖心樣品用苯加酒精的混合物進(jìn)行清洗，洗去巖心中的有機(jī)物質(zhì)。采用87214736專利所敘述的工藝過程將巖心用有機(jī)玻璃密封好，然后加工成直徑為4.5cm，(包括有機(jī)玻璃外殼)，長為8.5cm，厚度為2.8cm的實(shí)驗(yàn)樣品。如附圖2所示，實(shí)驗(yàn)用樣品10～15塊為一群體。
2.稱其每塊干巖心重量，測定空氣滲透率。抽空實(shí)驗(yàn)樣品，并對其飽和水，稱其飽和后的樣品重量，算出樣品的孔隙體積。
3.測定樣品微波衰減電壓與含水量關(guān)系(V-Gw)的標(biāo)準(zhǔn)曲線。V-Gw標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定是按照氣/水兩相流動實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的。將飽和好水的樣品安裝在巖心夾持器上(附

圖1中27號的位置)，然后進(jìn)行氣驅(qū)水實(shí)驗(yàn)。實(shí)際上，氣驅(qū)水是指氣體的注入速度由小變大，而水的注入速度由大變小。在測定過程中，采用了穩(wěn)定態(tài)實(shí)驗(yàn)，即當(dāng)氣和水按一定的比例通過穩(wěn)定段26，試驗(yàn)段27，末端段28流出，待流動狀態(tài)穩(wěn)定，卸下試驗(yàn)段27。放在電子計(jì)數(shù)天平36上稱其重量Gw，然后利用微波儀37測出樣品的衰減電壓值V.這樣就構(gòu)成樣品重量與衰減電壓值對應(yīng)點(diǎn)。改變注氣、水比，重復(fù)上述過程，就可得到許多重量值與電壓值一一對應(yīng)點(diǎn)，將這些對應(yīng)點(diǎn)繪制在普通座標(biāo)系中，則構(gòu)成了V-Gw的標(biāo)準(zhǔn)曲線。
4.油、氣、水三相相對滲透率的測定抽空已測定過標(biāo)準(zhǔn)曲線的樣品，重新飽和水。油驅(qū)水產(chǎn)生束縛水，在束縛水條件下測定油相滲透率，測三個(gè)點(diǎn)，每個(gè)值之間差值在5%以內(nèi)即可。按照預(yù)先考慮好的飽和歷程，進(jìn)行油、氣、水三相相對滲透率測定試驗(yàn)。當(dāng)油、氣、水按一定的比例注入到試驗(yàn)段樣品27以后，油、氣、水共同流動達(dá)到8個(gè)小時(shí)可使流動狀態(tài)達(dá)到穩(wěn)定，從實(shí)驗(yàn)段兩端的入口壓力表21，和出口壓力表29，記錄試驗(yàn)段27兩端的壓力，以及產(chǎn)出的油、氣、水的流量。在穩(wěn)定態(tài)實(shí)驗(yàn)中，只要流動狀態(tài)達(dá)到穩(wěn)定，可把注入的油、水量認(rèn)為與產(chǎn)出的油、水量相等。氣體是通過油、水、氣分離器32，分離后通過皂泡流量計(jì)35計(jì)量的。在記錄了壓力和產(chǎn)量以后，可利用達(dá)西公式計(jì)算出油、氣、水的有效滲透率，然后計(jì)算出其相對滲透率。油、氣、水有效滲透率的計(jì)算公式為對于油相Ko＝ (μo.Qo.L)/(A.△p.t) (1)
對于氣相Kg= (2L.Qg.po.Zaμg)/(A(P21-P22)Zo.t) (2)對于水相Kw= (μW.Qw.L)/(A.△P.t) (3)油、氣、水三相相對滲透率計(jì)算公式由以下各式表示對于油相Kro＝ (Ko)/(K) ×100%(4)對于氣相Krg＝ (Kg)/(K) ×100%(5)對于水相Krw＝ (Kw)/(K) ×100%(6)式中Ko-油有效滲透率(×10-3μm2);
K-絕對滲透率(×10-3μm2);
Krw-水相相對滲透率;
Kro-油相相對滲透率;
F-巖心截面積(cm2);
Pl-巖心入口壓力(MPa);
Qg-大氣壓下流出巖心的氣體流量(cm3/S);
Za-在巖心平均壓力及實(shí)驗(yàn)溫度下氣體壓縮系數(shù);
μw-水的粘度(mPa·s);
Kw-水有效滲透率(×10-3μm2);
Krg-氣相相對滲透率;
L-巖心長度;
Po-大氣壓(MPa);
P2-巖心出口壓力(MPa);
Qw-流出巖心的水量(cm3/s);
Qo-流出巖心的油量(cm3/s);
Zo-在大氣壓、實(shí)驗(yàn)溫度下氣體壓縮系數(shù);
μg-氣體粘度(mPa·s);
μO-油的粘度(mPa·s)。
在記錄壓力和各相的產(chǎn)出量以后，進(jìn)行樣品中油、氣、水飽和度測試，卸下試驗(yàn)段27，用電子計(jì)數(shù)天平36稱其重量，該重量為干樣品、油、水總重之和記為Gt，再用微波儀測出此時(shí)樣品中的衰減電壓值，由該值在V-Gw標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出樣品中含水量Gw，樣品中油的重量可由下式來計(jì)算Go＝Gt-Gw-Gd(7)由于樣品的孔隙體V孔、油、水的密度ro、rw是已知的，則油、氣、水飽和度可由下例各式計(jì)算出。
油相飽和度So= (Vo)/(V孔) ×100％＝ (Go)/(roV乳) ×100％(8)水相飽和度Sw= (Vw)/(V孔) ×100％＝ (Gw)/(roV乳) ×100％(9)氣相飽和度Sg＝100-So-Sw改變油、氣、水注入比例，待流動狀態(tài)達(dá)到穩(wěn)定后，重復(fù)上述過程可得出另外一組油、氣、水三相相對滲透率與三相飽和度的對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)飽和歷程，當(dāng)一相流體的流速達(dá)到零時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。為了克服實(shí)驗(yàn)中的滯后效應(yīng)，群體樣品中的每塊樣品，只進(jìn)行一次完整的飽和歷程實(shí)驗(yàn)。當(dāng)群體樣品(10-15塊)均完成油、氣、水三相相對滲透率試驗(yàn)后，可將測試數(shù)據(jù)繪制出油、氣、水等滲線圖上。等滲線的分度可根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果而定。
對于完成上述實(shí)驗(yàn)用的油、氣、水，可針對油藏實(shí)際問題進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)溫度為20℃±1℃。
以下將結(jié)合附圖1對該發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述，附圖1是用于測定油藏巖心油、氣、水三相相對滲透率的流程圖。
參照附圖1，水是通過恒速注水泵1，二通閘門7，水過濾器8，水相壓力表14，注入穩(wěn)定段26，油是通過恒速注油泵2，二通閘門10，油濾器9，油相壓力表15注入到穩(wěn)定段26;氣體從鋼瓶4經(jīng)減壓表3，二通閘門6，油水灌5，二通閘門12，氣相壓力表11，氣體調(diào)節(jié)閥16，氣相壓力表17，二通閘門23，三通閘門22注入穩(wěn)定段26;氣體的另一條路線是氣體經(jīng)過氣體調(diào)節(jié)閥16，氣相壓力表17，二通閘門20，氣體流量計(jì)19，二通閘門18，貯液灌13，三通閘門22后進(jìn)入穩(wěn)定段26。油、氣、水在穩(wěn)定段26形成穩(wěn)定流動以后，進(jìn)入試驗(yàn)段27，末端段28，再流入油、氣、水分離器32，在那里，油、氣、水按重力差分開，氣體經(jīng)過皂泡流量計(jì)35流出。油和水經(jīng)過排油孔38和排水孔39流出。燒杯34和33，分為回收產(chǎn)出的油和水。試驗(yàn)段兩端的壓力是通過入口壓力表21，出口壓力表29來計(jì)量的，壓力差值信號通過DP15壓力傳感器25送給壓力組合箱30，在此將壓力信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栐偎徒o臺式記錄儀31。在實(shí)驗(yàn)中，如果臺式記錄儀31的工作軌跡為一條直線，入口壓力表21，出口壓力表29，以及壓力組合箱30的指示和計(jì)數(shù)不變可認(rèn)為在此油、氣、水比例條件下樣品內(nèi)流動狀態(tài)穩(wěn)態(tài)，可按上述進(jìn)行測定壓力和產(chǎn)出的流量，從而計(jì)有效滲透率和相對滲透率。油、氣、水飽和度的測定是通過電子讀數(shù)天平36和微波儀37來完成的。
本發(fā)明已用于大慶油田油藏巖心油、氣、水三相相對滲透率測定，得到了含水飽和度增加，含油飽和度減少以及含氣飽和度增加飽和歷程的油、氣、水三相相對滲透率與三相飽和度的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)用了10塊大慶油田油藏樣品，煤油為油相，蒸餾水為水相，壓縮空氣為氣相，在實(shí)驗(yàn)溫度為20°條件下，油、氣、水的粘度分別為1.165、1.034和0.0181mPa.s。油和水的密度分別為0.78g/cm2和1.01g/cm3。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水相相對滲透率僅僅是含水飽和度的函數(shù);而油和氣相相對滲透率均為油、氣、水飽和度的函數(shù)。水相等滲線平行其飽和度的分度線，油相等滲線凹向含油飽和度100%，以及氣相等滲線凸向含氣飽和度100%。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果已用于油藏開發(fā)的數(shù)值模擬中。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明的特征之一是油、氣、水三相相對滲透率測定裝置是由注入系統(tǒng)，壓力測量系統(tǒng)、三段巖心系統(tǒng)、微重飽和度測試系統(tǒng)以及油、氣、水分離計(jì)量系統(tǒng)組成。為實(shí)驗(yàn)提供油、氣、水注入源。
2.本發(fā)明的特征之二是油、氣、水三相相對滲透率實(shí)驗(yàn)程序。
3.根據(jù)權(quán)力要求1其特征是注入系統(tǒng)是由恒速注水泵1，恒速注油泵2、帶有減壓閥3的鋼瓶4，油、水灌5，水過濾器8，油過濾器9，氣體調(diào)節(jié)閥16，氣量顯示器24，氣體流量計(jì)19，貯液灌13以及壓力表11，14，15，17組成，壓力測量系統(tǒng)是由DP15壓力傳感器25，壓力組合箱30，臺式記錄儀31以及壓力表21，29組成;三段巖心夾持器是穩(wěn)定段26，試驗(yàn)段27以及末端段28組成;油、氣、水分離計(jì)量系統(tǒng)是由帶有排油孔38，和排水孔39，油、氣、水分離器32，皂泡流量計(jì)35以及回收油、水燒杯34、33組成，微重飽和度測試系統(tǒng)是電子讀數(shù)天平36，微波儀37組成。
4.根據(jù)權(quán)力要求2，其特征是，在進(jìn)行三相相對滲透率實(shí)驗(yàn)之前，首先進(jìn)行樣品準(zhǔn)備，制成直徑為4.5cm，長為8.5cm，厚度為2.8cm的樣品，如附圖2所示。
5.根據(jù)權(quán)力要求2其特征是在油、氣、水三相相對滲透率實(shí)驗(yàn)中，首先測定樣品微波衰減電壓與含水量關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)曲線。
6.根據(jù)權(quán)利要求2其特征是使用群體巖心克服實(shí)驗(yàn)中的滯后效應(yīng)以及末端段28消除末端效應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2其特征是采用微重測試技術(shù)測定油、氣、水三相飽和度。
全文摘要
本發(fā)明涉及了一種用于測定油藏巖心油、氣、水三相相對滲透率的方法。該方法包括實(shí)驗(yàn)裝置和試驗(yàn)程序。并且利用該方法測定了油藏巖心在含水飽和度增加，含油飽和度減少以及含氣飽和度增加時(shí)的油、氣、水三相相對滲透率曲線。
文檔編號G01N15/08GK1043564SQ8810865
公開日1990年7月4日 申請日期1988年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月19日
發(fā)明者周顯民, 劉桂芳 申請人:大慶石油管理局勘探開發(fā)研究院