CN102175726A - 高温高压条件下岩样内流体流动的监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高温高压条件下岩样内流体流动的监测装置及方法，该装置主要由微电极、岩样、绝缘材料片、岩样夹持器组成，绝缘材料片上固定且等间距排列至少三条微电极，所述岩样被绝缘材料片包裹，岩样表面与绝缘材料片布满电极的一面接触，每条电极弯曲成首尾相接的环，每个微电极环引出导线与电极控制模块、电阻率采集模块、计算机组成外部测试电路。利用该装置可测试岩样不同截面间的电阻率，得到岩样内部导电流体饱和度及其分布。本发明将微电极技术应用到石油工程领域，配以相应软硬件来监测渗析/自吸/驱替试验过程中岩样内流体流动的重要参数，原理可靠，操作方便，在模拟实际地层状况及高温高压密闭环境中，能获取真实可靠的地下流体的流动规律。

Description

高温高压条件下岩样内流体流动的监测装置及方法

技术领域

本发明涉及石油工程领域高温高压条件下渗析/自吸/驱替试验过程中岩样内流体流动的监测装置及方法。

背景技术

石油工业中室内渗析/自吸/驱替试验对于研究岩石内部流体流动规律并对其做定量评价具有重要价值。渗析/自吸/驱替试验都需要监测流体流动速度、水进前缘位置变化和含水饱和度变化及其分布，但在室内试验中想要准确监测难度很大。目前国内外对渗析/自吸/驱替试验中这些重要参数的监测主要有以下三种方法：利用渗析/自吸/驱替过程中压力变化进行监测；用光刻技术在玻璃板上刻蚀出孔隙网络，用图像分析方法来监测整个渗析/自吸/驱替过程；利用X-ray或核磁共振技术对渗析过程进行监测。但是上述方法都有各自的缺陷：

(1)第一种办法利用压力变化只能间接得到部分参数，不能监测到流体分布状况等重要参数，信息量有限。

(2)第二种方法用的不是真实岩心材料不能反映其真实渗流过程，而且也不能完全反映岩心内三维的渗析情况，必然会导致最终的数据记录和分析产生误差。

(3)第三种方法虽然运用的技术相对先进，但却直接导致试验成本的大幅增加，不能广泛应用，并且不利于操作。

为了解决上述工程问题，本发明提出了利用岩心渗析/自吸/驱替试验过程中岩样沿长度方向(轴线方向)的电阻率动态变化来获取渗析/自吸/驱替过程中重要参数的方法及其配套装置。

发明内容

本发明的目的在于提供高温高压条件下岩样内流体流动的监测装置，该装置将微电极技术应用到石油工程领域，配以相应软硬件来监测渗析/自吸/驱替试验过程中岩样内流体流动的重要参数，原理可靠，操作方便。

本发明的另一目的在于提供高温高压条件下岩样内流体流动的监测方法，利用该方法可监测渗析/自吸/驱替试验中渗析速度、水进前缘位置变化和含水饱和度变化及其分布，在模拟实际地层状况及高温高压密闭的试验环境中，能获取真实可靠的地下流体的流动规律。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

高温高压条件下岩样内流体流动的监测装置及方法，是通过模拟地层高温高压条件，测试岩样不同截面间的电阻率，得到岩样内部导电流体饱和度及其分布。沿岩样长度方向(轴线方向)等间距排列多条微电极，相邻微电极将岩样沿长度方向划分成若干等长度的小岩柱(区域划分越细，导电流体分布分辨率越高)，分别监测各小岩柱的电阻率，获取岩样内部的电阻率及流体分布。为方便在岩样表面布置微电极并保证微电极间距确定，将各条微电极固定在绝缘材料片上。

设任意测量点i得到的岩样电阻率值为R_ti(小岩柱电阻率)，根据下式可计算：

$R_{\mathrm{ti}}=\frac{r_{i}A}{l_i}---\left(1\right)$

式中：r_i-第i个小岩柱的电阻(i＝1，2，3……)，Ω；

l_i-第i个小岩柱长度，cm；

A-岩柱截面积，cm²。

实时监测各测量点的电阻值r_i并带入(1)式，可计算出不同时刻各测量点的电阻率R_ti，根据水进前后岩心柱电阻率突变情况可以确定水进深度，以此换算出水进速度。

再根据Archie公式求得岩石含水饱和度：

$S_w=\sqrt[n]{\frac{{\mathrm{abR}}_w}{{\mathrm{\φ}}^m{R}_t}}---\left(2\right)$

式中：R_t-含水饱和度岩石电阻率，Ω·m；

R_w-地层水电阻率，Ω·m；

φ-岩石孔隙度

a，b，n，m-岩电参数

在已知上述水进时间、水进深度、水进速度、含水饱和度的情况下可计算水进曲线，绘制出整个岩样含水分布剖面图。

本发明高温高压条件下岩样内流体流动的监测装置，主要由微电极、岩样、绝缘材料片、岩样夹持器组成，其特征在于，所述绝缘材料片上固定且等间距排列至少三条微电极，所述岩样被绝缘材料片包裹，岩样表面与绝缘材料片布满电极的一面接触，每条电极弯曲成首尾相接的环，该环平面与岩样轴线垂直，每个微电极环引出一条导线与外部测试电路相连接，所述外部测试电路由电极控制模块、电阻率采集模块、计算机组成，所述岩样夹持器连有温控仪和围压泵。

所述微电极数量及信号采集通道即所述小岩柱，可根据要求被监测流体分布的分辨率的提高而适当增加。

所述电极控制模块选择不同的相邻的两条电极间小岩柱作为测试区域，电阻率采集模块将岩样各测试区域的电阻数据传回计算机处理。本发明中，所述电极控制模块可为RemoDAQ-8086D多路程控模拟开关单个或多个并联在一起，电阻率采集模块可为TH2810B型LCR电桥。

所述温控仪和围压泵主要用于模拟地层温度和压力施加于岩样夹持器中的岩样上。

本发明高温高压条件下岩样内流体流动的监测方法，依次包含以下步骤：

(1)将布满微电极的绝缘材料片包裹在岩样表面上，其布满电极的一面与岩样表面接触，每条电极弯曲成首尾相接的环，该环平面与岩样轴线垂直；

(2)将包裹岩样的绝缘材料片放入岩样夹持器内；

(3)每个微电极环引出一条导线与电极控制模块、电阻率采集模块和计算机组成外部测试电路；

(4)用温控仪和围压泵模拟地层温度和压力施加于岩样夹持器中的岩样上；

(5)电极控制模块选择测试区域，电阻率采集模块将岩样各测试区域的数据传回计算机处理。

与现有技术相比，本发明提供的监测装置原理可靠，结构简单，成本低廉，可操作性强，其方法通过在高温高压的真实地层环境下测试岩样不同截面间的电阻率，大大提高了获取渗析/自吸/驱替试验过程中渗析/自吸/驱替速度、渗析/自吸/驱替前缘位置、含水饱和度及分布这些重要参数的效率和精确度，为指导现场的工程实践提供可靠的依据。

附图说明

图1是本发明的流程示意图

图2是本发明的电极结构示意图

图3是图1中电极与岩样组装图

图4是本发明的微电极电路图

图中：1岩样夹持器；2岩样；3微电极；4电极控制模块；5电阻率采集模块；6计算机；7温控仪；8围压泵

具体实施方式

下面结合附图和实例进一步说明本发明。

参看图2。

在聚乙烯树脂片上均匀布置16条相互平行且间距相等的铜箔电极3，所述聚乙烯树脂片长90mm，宽50mm，厚0.1mm，各条电极宽0.2mm，电极间间距3mm。利用多条电极将岩样沿轴线方向分成多个等长小岩柱，即多个测量区域。

参看图3。

用聚乙烯树脂片包裹住岩样2，其布满电极3的一面与岩样表面接触，每条电极弯曲成首尾相接的一个环，该环平面与岩样轴线垂直。每个微电极环引出一条导线与外部测试电路连接。所述岩样直径25mm，长度50mm。

参看图1。

所述外部测试电路包括计算机6、电极控制模块4和电阻率采集模块5。

将包裹岩样2的聚乙烯树脂片放入岩样夹持器1内，岩样夹持器连有温控仪7和围压泵8。通过夹持器给岩样施加一定围压和温度(模拟地层压力、温度)，由计算机6发出指令给电极控制模块4，电极控制模块4选择不同的相邻的两条电极间小岩柱作为测试区域，电阻率采集模块5将岩样各测试区域的电阻数据传回处理器，由计算机处理各项数据。

参看图4。

由微电极环引出的16根导线分别与电极控制模块连接，电极控制模块输出端M+、M-(即电阻率测量点)接入电桥仪，电极控制模块及电桥仪的信号线接入计算机。

电阻率测量点(M+、M-)分别与哪两条电极连接分别受控制信号(C3～C0、C7～C4)的高低电平控制。高电平用1表示，低电平用0表示。控制信号(C3～C0或C7～C4)二进制值即为电阻率测量点(M+或M-)连接的电极号数。如控制信号(C3～C0或C7～C4)二进制值为：0010即2时，电阻率测量点(M+或M-)与电极P3连接；值为：0011即3时，电阻率测量点(M+或M-)与电极P4连接。测量时，通过控制信号(C3～C0、C7～C4)选择两条电极与电阻率测量点(M+、M-)连接，将电阻率测量点(M+、M-)接入LCR电桥测出两电极间电阻。通过控制信号(C3～C0、C7～C4)测量各相邻电极间岩样电阻，由此得到岩样轴线方向15段测试区间的电阻率。

Claims (3)

1.高温高压条件下岩样内流体流动的监测装置，主要由微电极(3)、岩样(2)、绝缘材料片、岩样夹持器(1)组成，其特征在于，所述绝缘材料片上固定且等间距排列至少三条微电极，所述岩样被绝缘材料片包裹，岩样表面与绝缘材料片布满电极的一面接触，每条电极弯曲成首尾相接的环，该环平面与岩样轴线垂直，每个微电极环引出一条导线与外部测试电路相连接，所述外部测试电路由电极控制模块(4)、电阻率采集模块(5)、计算机(6)组成，所述岩样夹持器连有温控仪(7)和围压泵(8)。

2.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述绝缘材料片为聚乙烯树脂片，在聚乙烯树脂片上固定且等间距排列16条铜箔电极。

3.利用如权利要求1所述的装置监测岩样内流体流动的方法，依次包含以下步骤：

(1)将布满微电极的绝缘材料片包裹在岩样表面上，其布满电极的一面与岩样表面接触，每条电极弯曲成首尾相接的环，该环平面与岩样轴线垂直；

(2)将包裹岩样的绝缘材料片放入岩样夹持器内；

(3)每个微电极环引出一条导线与电极控制模块、电阻率采集模块和计算机组成外部测试电路；

(4)用温控仪和围压泵模拟地层温度和压力施加于岩样夹持器中的岩样上；

(5)电极控制模块选择测试区域，电阻率采集模块将岩样各测试区域的数据传回计算机处理。

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