用於測定油藏巖心油、氣、水三相相對滲透率實驗方法

2024-02-21 23:02:15

專利名稱：用於測定油藏巖心油、氣、水三相相對滲透率實驗方法
技術領域：
本發明涉及一種用於測定油藏柱狀巖心油、氣、水三相相對滲透率的實驗方法。該方法的發明對油藏開發實驗研究具有特殊的意義。
多孔介質中的油、氣、水三相相對滲透率實驗測定研究始於四十年代初，M.C.萊福端特(M.C.Leverett)首先在人工砂樣品上，利用穩態實驗方法測定了油、氣、水三相相對滲透率。油、氣、水飽和度的測定採用了電阻率方法。萊福瑞特的實驗沒有考慮克服影響實驗精度的兩個效應，即滯後效應和末端效應。飽和度的測試技術也存在一定的問題。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驗中油和水的飽和度。實驗中忽略了滯後效應和末端效應的影響，由於測試過程中液體流失，使飽和度的測試精度受到影響。A.T.科裡(A.T.Corey)和S.裡德(S.Reid)於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。科裡的實驗過程存在一定不足，而裡德的實驗沒有克服滯後效應。一九六二年，R.W.斯耐爾(R.W.Snell)在人工砂樣品上，利用穩定態方法，獲得三相相對滲透率。飽和度的測試技術採用了RCL振蕩電路和中子轟擊相結合的方法，實驗方法的不足是實驗過程過於複雜，樣品與油藏實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)分別利用非穩態的兩相相對滲透率實驗的擴展來計算三相相對滲透率。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，利用核磁共振技術來確定巖心中的各相飽和度，由於實驗設備的昂貴，實驗條件與油藏條件相差很大，所以很難在實際工作中推廣;其二，利用穩定態和非穩定態相結合的方法，測定了油、氣、水三相相對滲透率，飽和度的測試採用了循環系統的物質平衡方法。由於他的實驗條件所限，使得滯後效應不能很好地克服。一九八二年，E.V.斯潤森(E.V.Spronsen)提出了一種利用離心機方法測定三相相對滲透率，飽和度的測定採用重力差法，該方法沒有構成油、氣、水在多孔介質中流動，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-光吸附技術測定了貝利(Berea)砂巖中的多相飽和度，儘管設備是先進的，但是滯後效應在他們實驗中仍沒有得到克服。
本發明的目的是提供一種避免上述缺點的測定油、氣、水三相相對滲透率的實驗裝置和試驗程序。
解決這項任務的方法是油、氣、水三相相對滲透率實驗裝置和實驗和程序，該裝置是由注入系統、壓力測量系統、三段巖心系統、微重飽和度測試系統以及油、氣、水分離計量系統組成。注入系統是由恆速注水泵1、恆速注油泵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定段26，試驗段27，以及末端段28組成。微重飽和度測試系統是由電子計數天平36和微波儀37組成;油、氣、水分離計量系統是由油、氣、水分離器32，和皂泡流量計35組成。
本發明的實驗程序是1.試驗樣品製備，取人造巖心或油藏巖心，鑽成直徑為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行清洗，洗去巖心中的有機物質。採用87214736專利所敘述的工藝過程將巖心用有機玻璃密封好，然後加工成直徑為4.5cm，(包括有機玻璃外殼)，長為8.5cm，厚度為2.8cm的實驗樣品。如附圖2所示，實驗用樣品10～15塊為一群體。
2.稱其每塊幹巖心重量，測定空氣滲透率。抽空實驗樣品，並對其飽和水，稱其飽和後的樣品重量，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係(V-Gw)的標準曲線。V-Gw標準曲線的測定是按照氣/水兩相流動實驗進行的。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)，然後進行氣驅水實驗。實際上，氣驅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，採用了穩定態實驗，即當氣和水按一定的比例通過穩定段26，試驗段27，末端段28流出，待流動狀態穩定，卸下試驗段27。放在電子計數天平36上稱其重量Gw，然後利用微波儀37測出樣品的衰減電壓值V.這樣就構成樣品重量與衰減電壓值對應點。改變注氣、水比，重複上述過程，就可得到許多重量值與電壓值一一對應點，將這些對應點繪製在普通座標系中，則構成了V-Gw的標準曲線。
4.油、氣、水三相相對滲透率的測定抽空已測定過標準曲線的樣品，重新飽和水。油驅水產生束縛水，在束縛水條件下測定油相滲透率，測三個點，每個值之間差值在5%以內即可。按照預先考慮好的飽和歷程，進行油、氣、水三相相對滲透率測定試驗。當油、氣、水按一定的比例注入到試驗段樣品27以後，油、氣、水共同流動達到8個小時可使流動狀態達到穩定，從實驗段兩端的入口壓力表21，和出口壓力表29，記錄試驗段27兩端的壓力，以及產出的油、氣、水的流量。在穩定態實驗中，只要流動狀態達到穩定，可把注入的油、水量認為與產出的油、水量相等。氣體是通過油、水、氣分離器32，分離後通過皂泡流量計35計量的。在記錄了壓力和產量以後，可利用達西公式計算出油、氣、水的有效滲透率，然後計算出其相對滲透率。油、氣、水有效滲透率的計算公式為對於油相Ko＝ (μo.Qo.L)/(A.△p.t) (1)
對於氣相Kg= (2L.Qg.po.Zaμg)/(A(P21-P22)Zo.t) (2)對於水相Kw= (μW.Qw.L)/(A.△P.t) (3)油、氣、水三相相對滲透率計算公式由以下各式表示對於油相Kro＝ (Ko)/(K) ×100%(4)對於氣相Krg＝ (Kg)/(K) ×100%(5)對於水相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驗溫度下氣體壓縮係數;
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、實驗溫度下氣體壓縮係數;
μg-氣體粘度(mPa·s);
μO-油的粘度(mPa·s)。
在記錄壓力和各相的產出量以後，進行樣品中油、氣、水飽和度測試，卸下試驗段27，用電子計數天平36稱其重量，該重量為幹樣品、油、水總重之和記為Gt，再用微波儀測出此時樣品中的衰減電壓值，由該值在V-Gw標準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算Go＝Gt-Gw-Gd(7)由於樣品的孔隙體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，待流動狀態達到穩定後，重複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關係。根據飽和歷程，當一相流體的流速達到零時，實驗結束。為了克服實驗中的滯後效應，群體樣品中的每塊樣品，只進行一次完整的飽和歷程實驗。當群體樣品(10-15塊)均完成油、氣、水三相相對滲透率試驗後，可將測試數據繪製出油、氣、水等滲線圖上。等滲線的分度可根據試驗結果而定。
對於完成上述實驗用的油、氣、水，可針對油藏實際問題進行模擬實驗溫度為20℃±1℃。
以下將結合附圖1對該發明作進一步地詳細描述，附圖1是用於測定油藏巖心油、氣、水三相相對滲透率的流程圖。
參照附圖1，水是通過恆速注水泵1，二通閘門7，水過濾器8，水相壓力表14，注入穩定段26，油是通過恆速注油泵2，二通閘門10，油濾器9，油相壓力表15注入到穩定段26;氣體從鋼瓶4經減壓表3，二通閘門6，油水灌5，二通閘門12，氣相壓力表11，氣體調節閥16，氣相壓力表17，二通閘門23，三通閘門22注入穩定段26;氣體的另一條路線是氣體經過氣體調節閥16，氣相壓力表17，二通閘門20，氣體流量計19，二通閘門18，貯液灌13，三通閘門22後進入穩定段26。油、氣、水在穩定段26形成穩定流動以後，進入試驗段27，末端段28，再流入油、氣、水分離器32，在那裡，油、氣、水按重力差分開，氣體經過皂泡流量計35流出。油和水經過排油孔38和排水孔39流出。燒杯34和33，分為回收產出的油和水。試驗段兩端的壓力是通過入口壓力表21，出口壓力表29來計量的，壓力差值信號通過DP15壓力傳感器25送給壓力組合箱30，在此將壓力信號轉變為電信號再送給臺式記錄儀31。在實驗中，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的指示和計數不變可認為在此油、氣、水比例條件下樣品內流動狀態穩態，可按上述進行測定壓力和產出的流量，從而計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天平36和微波儀37來完成的。
本發明已用於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係。實驗用了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，在實驗溫度為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。實驗結果表明，水相相對滲透率僅僅是含水飽和度的函數;而油和氣相相對滲透率均為油、氣、水飽和度的函數。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%。這一實驗結果已用於油藏開發的數值模擬中。
權利要求
1.本發明的特徵之一是油、氣、水三相相對滲透率測定裝置是由注入系統，壓力測量系統、三段巖心系統、微重飽和度測試系統以及油、氣、水分離計量系統組成。為實驗提供油、氣、水注入源。
2.本發明的特徵之二是油、氣、水三相相對滲透率實驗程序。
3.根據權力要求1其特徵是注入系統是由恆速注水泵1，恆速注油泵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，氣體調節閥16，氣量顯示器24，氣體流量計19，貯液灌13以及壓力表11，14，15，17組成，壓力測量系統是由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定段26，試驗段27以及末端段28組成;油、氣、水分離計量系統是由帶有排油孔38，和排水孔39，油、氣、水分離器32，皂泡流量計35以及回收油、水燒杯34、33組成，微重飽和度測試系統是電子讀數天平36，微波儀37組成。
4.根據權力要求2，其特徵是，在進行三相相對滲透率實驗之前，首先進行樣品準備，製成直徑為4.5cm，長為8.5cm，厚度為2.8cm的樣品，如附圖2所示。
5.根據權力要求2其特徵是在油、氣、水三相相對滲透率實驗中，首先測定樣品微波衰減電壓與含水量關係的標準曲線。
6.根據權利要求2其特徵是使用群體巖心克服實驗中的滯後效應以及末端段28消除末端效應。
7.根據權利要求2其特徵是採用微重測試技術測定油、氣、水三相飽和度。
全文摘要
本發明涉及了一種用於測定油藏巖心油、氣、水三相相對滲透率的方法。該方法包括實驗裝置和試驗程序。並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 優先權日1988年12月19日
發明者周顯民, 劉桂芳 申請人:大慶石油管理局勘探開發研究院