CN101246106A - 含水合物岩芯渗透率测量仪器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种模拟水合物藏环境测量岩芯渗透率的装置。含水合物岩芯渗透率测量仪器是通过回压阀加回压来模拟地层高压环境，岩芯入口压力和出口压力很高，产生的绝对误差就会很大，影响了岩芯两端的压差的精确度。该仪器利用汞柱的压力驱氮气测量。该仪器包括三个模块：供气模块和水合物藏环境模拟模块。供气模块有压力容器、供液容器，水合物藏环境模拟模块有供压氮气瓶和恒温箱。用管线在底端将压力容器和供液容器连接组成连通器，从供气容器上端连接岩芯夹持器，压力容器的上端和岩芯夹持器的出口端接入同一个氮气瓶，然后打开恒温箱，开始测量。

Description

含水合物岩芯渗透率测量仪器

技术领域  本实用新型涉及一种测量含水合物岩芯渗透率的装置。

背景技术  水合物在常压、常温下会迅速分解，因此水合物岩芯测量渗透率时必须保持高压低温的环境，日前，经典的气测渗透率实验流程如图1，常规小岩芯空气渗透率的测定如图2，公知的模拟地层渗透率测量仪器主要是通过岩芯夹持器加围压、通过回压阀加回压的方式进行模拟地层高压环境，通过把岩芯放入恒温箱内进行空气浴和水浴模拟水合物藏的低温环境，然后读取岩芯入口端、出口端的压力和瞬时流量计算渗透率，而常规小岩芯空气渗透率的测定如图2，由于水柱产生的驱动力很小，所以该装置不能测量渗透率很小的岩芯，并且，该装置不能加回压来模拟地层环境。模拟地层环境时，压力高达几兆帕，甚至十几兆帕，要想模拟这样高的压力一般要对岩芯加围压，在岩芯夹持器的出口端加回压，这样，岩芯入口压力和出口压力就会很高，产生的绝对误差就会很大，因此就影响了岩芯两端的压差的精确度，尤其是在测量渗透率较高的岩芯时，岩芯两端的压差很小，就有可能完全被压力计量仪器的误差屏蔽，从而得不到岩芯的渗透率。

发明内容  为了克服测量压力和流量时较大的误差，本实用新型提供一种渗透率测量仪器，该渗透率测量仪器不仅能够减小误差，而且还能模拟地层环境。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：本含水合物岩芯渗透率测量仪器所用流体是氮气。

测量仪器组成及结构

含水合物岩芯渗透率测量仪器包括两个模块：供气模块和水合物藏环境模拟模块。供气模块有压力容器、供液容器，水合物藏环境模拟模块有供压氮气瓶和恒温箱。用管线在底端将压力容器和供气容器连接组成连通器，氮气瓶与供气容器连接提供通过岩芯的流体。从供气容器上端连接岩芯夹持器(可加围压)的入口端，为了模拟水合物藏环境，把整套设备放入恒温箱内，通过对恒温箱的温度调节来模拟水合物藏的低温条件，通过把同一个供压氮气瓶接到压力容器的顶端和岩芯夹持器出口端来模拟岩芯夹持器内的地层压力。

测量仪器测量原理：

该仪器测量的基本原理是达西定律，通过氮气流过岩芯测量。控制汞柱的垂直高度在1m左右，所有管线和容器都放在同一个恒温箱内，则氮气的压缩因子可以近似认为是常数，那么，在任意时刻t岩芯的任意位置的瞬时流量

$\frac{\mathrm{dQ}}{\mathrm{dt}}=\frac{d{Q}_t}{\mathrm{dt}}\frac{p_{t1}}{p}---\left(1\right)$

根据达西公式：

$\frac{\mathrm{dQ}}{\mathrm{dt}}=-\frac{k_{g}A}{\mathrm{\μ}}\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{dl}}---\left(2\right)$

忽略氮气瓶压力p₀的微小变化，则：把(1)代入(2)得：

$\frac{{\mathrm{dQ}}_t}{\mathrm{dt}}=\frac{k_{g}A(p_{t1}^2-p_0^2)}{2p_{t1}\mathrm{\μL}}---\left(3\right)$

其中，

$p_{t1}=p_t+p_0={\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{Hg}}g(h_{\mathrm{Hg}1}-\frac{Q_t}{A_1})-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{Hg}}g(h_{\mathrm{Hg}2}+\frac{Q_t}{A_2})+p_0$

因此得到方程组：

求解得：

$k_g=\frac{1}{t}\frac{c}{b}1n\left(\frac{{(a+b{Q}_t)}^2-p_0^2}{a^2-p_0^2}\right)---\left(5\right)$

其中：

a＝p₀+ρ_Hggh_Hg1-ρ_Hggh_Hg2

$b=-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{Hg}}g\frac{1}{A_1}-{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{Hg}}g\frac{1}{A_2}$

$c=\frac{\mathrm{\μL}}{A}$

符号说明：A——岩芯的横截面积，A₁——压力容器11的横截面积，A₂——供气容器10的横截面积，g——重力加速度，h_Hg1——压力容器11中氮气-汞液面B的初始垂直高度，h_Hg2——供气容器10中氮气-汞液面A的初始垂直高度，k_g——含水合物岩芯的气测渗透率，L——岩芯长度，p_t1——t时刻岩芯夹持器入口端的压力，p_t——t时刻由压力容器和供气容器内汞柱作用产生的压力，p₀——氮气瓶提供的压力，Q_t——t时刻供气容器内氮气流出的累计流量，

——在任意时刻t岩芯任意位置的瞬时流量，t——时间，μ——氮气在模拟温度和压力下得的黏度，ρ_Hg——汞的密度。

附图说明

经典的气测渗透率实验流程图1的说明：

1——瞬时流量计、2、4——压力表、3——岩芯夹持器、5——过滤器、6——氮气瓶流量管气测渗透率图2的说明：

1——岩芯夹持器、2——流量管、3——水池、4——抽气球测量含水合物岩芯的渗透率流程图3的说明：

该图中用氮气瓶12提供的压力模拟地层压力，用恒温箱13模拟地层温度。供气容器10和压力容器11由阀5组成连通器，供气容器10和压力容器11中各个高度的压力可以根据连通器原理算出。由于该设备采用了同一个高压氮气瓶12，所以压力容器11上部气体的压力等于岩芯夹持器9出口端的压力。编号说明：1～8——阀门、9——岩芯夹持器、10供气容器、11压力容器、12氮气瓶、13恒温箱。

具体实施方式  测量前，首先在供气容器10和压力容器11内加入一定量的汞，所有阀1～8关闭，然后再打开阀4、6，用氮气瓶12向供气容器10内注气，则汞在下面气在上面，供气容器10和压力容器11在连通器作用下，汞会被压入压力容器11内，在氮气瓶12的注气压力下，压力容器11内的汞柱会慢慢上升，当压力容器11内的汞达到预定高度时，停止向供气容器10内注气，关闭阀4、6，注意，氮气-汞界面A不要达到供气容器10底部。将含天然气水合物的岩芯放入岩芯夹持器9，并加上围压。压力容器11和岩芯夹持器9的出口端接入供压氮气瓶12，将恒温箱13设定在预定的温度，打开阀1、7，调节氮气瓶出口处的减压阀8，使测量系统处在预定的压力下，打开阀1、2，开始测量，通过计量供气容器10的量累积注气量和注气时间就可以得到岩芯的渗透率。其中压力容器11上标有刻度，供气容器10的累积注气量可以通过压力容器11上面的刻度读出。计算方法如原理所述。

Claims (1)

1. 含水合物岩芯渗透率测量仪器是在模拟水合物藏环境的条件下，通过测量流过岩芯氮气的累积注入量和累计时间得到渗透率，其特征是设备放置在恒温箱内并且两端接入同一高压气源，通过测量氮气的累积注入量和累计时间得到岩芯的渗透率。

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