CN102621034B - 高温高压条件下油藏毛管压力曲线测定仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高温高压条件下油藏毛管压力曲线测定仪。仪器由环压系统、注入系统、岩心夹持系统、半渗隔板、回压系统、计量系统、数据自动采集处理系统和恒温箱经管线连接组成。是利用半渗隔板法来测定地层条件下的毛管压力曲线，其基本原理是在高温高压条件下，利用外加压力与毛管压力平衡的原理来测定毛管压力曲线。岩心饱和润湿相流体，在一定的驱替压力下，用非湿相驱替湿相，当外加压力克服岩心中某毛管的毛管压力时，该毛管中的湿相流体被逐渐排出，岩心中的湿相流体饱和度减小。逐级增加压力，测量排出湿相流体不再增加时的累积排出液量及注入压力，可求得毛管压力曲线。

Description

高温高压条件下油藏毛管压力曲线测定仪

技术领域：

本发明涉及一种高温高压条件下油藏毛管压力曲线测定装置，属于石油开采的实验设备领域。

背景技术：

毛管压力曲线是油藏开发动态计算和方案制定的最基础最重要的资料，是油田开发的必备资料。目前毛管压力曲线只能在地面条件下测得，常用的方法有半渗隔板法、压汞法和离心法。高温高压下的地层毛管压力只能根据地层条件下的油水、油气界面张力和岩石的润湿角计算得到，而地层条件下的界面张力和岩石润湿角目前无法准确测得，这给计算带来了很大的误差。因此，高温高压条件下油藏毛管压力曲线的测定方法的研究及相关设备的研发是非常有必要的，目前国内外未见有类似设备的报道。

发明内容：

本发明的目的是研制一种高温高压条件下油藏毛管压力曲线测定仪，用来测定岩心在高温高压条件下气驱水、水驱油和油驱水毛管压力曲线。

本发明是利用半渗隔板法来测定地层条件下的毛管压力曲线。其基本原理是在高温高压条件下，利用外加压力与毛管压力平衡的原理来测定毛管压力曲线。岩心饱和润湿相流体，在一定的驱替压力下，用非湿相驱替湿相，当外加压力克服岩心中某毛管的毛管压力时，该毛管中的湿相流体被逐渐排出，岩心中的湿相流体饱和度减小。逐级增加压力，测量排出湿相流体不再增加时的累积排出液量及注入压力，可求得毛管压力曲线。

本发明所提出的高温高压毛管压力曲线测定仪，由环压系统、注入系统、岩心夹持系统、半渗隔板、回压系统、计量系统、数据自动采集处理系统和恒温箱经管线连接组成，其中：

1、环压系统用于给岩心施加应力，使岩心承受与油藏相近的应力条件，主要由手动泵、压力表(含表座)和供液杯构成，部件间由高压管线连接，供液杯连接至手动泵的进液口，手动泵的出口与压力表、岩心夹持器环压和轴压入口相连。

2、注入系统主要用于给非湿相流体加压，由恒压恒速微量泵、活塞式容器、进口端压力传感器、阀门和管线等构成。恒压恒速微量泵出口端与活塞式容器下部进口相连，活塞式容器上部出口与进口端的低压压力传感器、高压压力传感器及各岩心夹持器的入口相连。

3、岩心夹持系统主要由五个三轴应力岩心夹持器并联连接而成，可以沿岩心轴向及径向施加压力，模拟地下岩石的应力状态。每个三轴应力岩心夹持器都配有相应的压力控制和计量设备，能够同时进行五组实验。

4、半渗隔板为孔隙吼道远小于岩石孔喉大小的多孔致密人造陶瓷岩心，放置在岩心夹持器内岩心的下方，其作用是只让岩心中的湿相流体通过，而非湿相不能通过。

5、回压系统由手动泵、供液杯、回压缓冲容器、回压阀和回压压力传感器构成，各部件间由耐压80MPa的不锈钢管线和阀件相连，供液杯出口连接至手动泵的进液口，手动泵的出口与回压压力传感器和回压阀相连，给岩心中湿相流体的流出施加回压，缓冲容器内的高压液体可保证回压阀的压力保持稳定。

6、计量系统由计量管、出口端压力传感器和差压传感器构成，计量管与回压阀连接，岩心内的湿相流体经管线进入回压阀之后沿管线进入计量管，计量管下部与差压传感器相连，由差压传感器计量管内液柱产生的压力，由此测出管内液量的多少。

7、数据自动采集处理系统由进口端高、低压压力传感器、回压压力传感器、出口端压力传感器、差压传感器、计算机和数据采集处理软件构成，各压力传感器和差压传感器经过电缆连接至计算机，通过数据采集处理软件自动采集压力及差压等数据并自动进行数据处理，绘制地下毛管力曲线。

8、恒温箱：活塞式容器、岩心夹持系统、高压连接管线等均安装在恒温箱中。用可耐压80MPa的不锈钢管线及阀门连接各部件。

半渗隔板有水湿半渗隔板和油湿半渗隔板两种。当地层水做湿相流体时，气和油都可做非湿相流体。当岩心饱和湿相流体为地层水时，用地层油做非湿相流体，采用水湿半渗隔板，测得油藏高温高压条件下的油驱水毛管压力曲线；当岩心饱和湿相流体为地层油时，则用地层水做非湿相流体，采用油湿半渗隔板，测得油藏高温高压条件下水驱油毛管压力曲线；当岩心饱和湿相流体为地层水时，用气体做非湿相流体，也采用水湿半渗隔板，测得油藏高温高压条件下的气驱水毛管压力曲线。

本发明的有益效果是：由于采用环压系统、恒温箱装置来模拟油藏岩石的应力及温度条件，用注入系统、回压系统使含有溶解气的原油驱替岩心中的地层水，真实地模拟地层条件下的油水驱替过程。因此，能够得到地层条件下的毛管压力曲线，解决了目前计算地层条件下毛管压力曲线误差大的难题。

附图说明：

图1是高温高压毛管压力曲线测定仪流程图。

图2是配样流程图。

图3是数据自动采集处理的计算机程序框图。

图中，1-手动泵；2-压力表；3-供液杯；4-恒压恒速微量泵；5-活塞式容器；6-进口端低压压力传感器；7-进口端高压压力传感器；8-阀门；9-岩心夹持器；10-岩心；11-半渗隔板；12-回压缓冲容器；13-回压压力传感器；14-回压阀；15-出口端压力传感器；16-计量管；17-差压传感器；18-计算机；19-恒温箱；20-高压电动计量泵；21-分离器贮样瓶；22-配样容器；23-电加热套。

具体实施方式：

下面结合附图来进一步描述本发明。

如图1所示，本发明由环压系统、注入系统、岩心夹持系统、半渗隔板、回压系统、计量系统、数据自动采集处理系统和恒温箱经管线连接组成。

1、环压系统：主要由手动泵1、压力表2(含表座)和供液杯3构成，各部件间由耐压80MPa的高压管线连接，供液杯3连接至手动泵1的液体进口处，手动泵1的出口处与压力表2、岩心夹持器环压和轴压入口相连。旋转手动泵的把手(手轮)压缩泵内液体，给岩心施加轴向及周向压力，使岩心承受与在地下相近的应力条件，压力控制范围0～70MPa。

2、注入系统：主要用于给非湿相流体加压，由恒压恒速微量泵4、活塞式容器5、进口端低压压力传感器6、进口端高压压力传感器7、阀门8和管线等构成。恒压恒速微量泵4的出口端与活塞式容器5下部进口相连，活塞式容器5上部出口与进口端低压压力传感器6、进口端高压压力传感器7以及各岩心夹持器的入口相连。

3、岩心夹持系统：主要由1-5个三轴应力岩心夹持器9并联而成，与活塞式容器5相连接，各自有其独立的阀门进行控制，岩心夹持器中放置岩心和半渗隔板，可以沿岩心轴向及径向施加压力，模拟地下岩石的应力状态。本实施例有5个三轴应力岩心加持器并联，并且每个夹持器上都配有相应的压力控制和计量设备，能够同时进行5组实验。

4、半渗隔板11为孔隙吼道远小于岩石孔喉的多孔致密人造陶瓷岩心，放置在岩心夹持器9内岩心10的下方，其作用是只让岩心10中的湿相流体通过，而非湿相不能通过。半渗隔板有水湿半渗隔板和油湿半渗隔板两种。

5、回压系统由手动泵1、供液杯3、回压缓冲容器12、回压压力传感器13和回压阀14构成，各部件间由耐压80MPa的高压不锈钢管线相连，供液杯3的出口连接至手动泵1的进液口，手动泵1的出口与回压压力传感器13和回压阀14相连，回压阀14连接在岩心夹持器9出口端的管线上。通过旋转手动泵1的手轮压缩泵内液体，给岩心中湿相流体的流出施加回压，回压缓冲容器12内的高压液体使回压阀14的压力保持稳定，压力控制范围0～50MPa。

6、计量系统由计量管16、出口端压力传感器15和差压传感器17构成，计量管与回压阀的出口相连接，岩心内的湿相流体经管线进入回压阀之后沿管线进入计量管，计量管下部与差压传感器相连，由差压传感器计量管内液柱产生的压力，由此测出管内液量的多少。

7、数据自动采集处理系统由进口端高低压压力传感器、回压压力传感器13、出口端压力传感器15、差压传感器17、计算机18和数据采集处理软件构成，各个压力传感器和差压传感器17经过电缆连接至计算机18，通过数据采集处理软件自动采集压力及差压等数据并自动进行数据处理，绘制地下毛管力曲线。

8、恒温系统：活塞式容器5，岩心夹持系统、高压连接管线等均安装在恒温箱19中，用高压不锈钢管线及阀门连接各部件。

利用本发明所提供的测定仪进行高温高压条件下油藏毛管压力曲线测定的具体实验过程(步骤)如下：

1、岩心准备：岩样准备可参考石油天然气行业标准SY/T 5336。

(1)岩心钻取切割：将岩心钻成φ25mm×25～80mm的圆柱体，两端切割平整，切割面与轴线垂直。

(2)岩心洗油：参考石油天然气行业标准。

(3)岩心烘干：将岩心烘干温度控制在60-65℃，烘干24h后，每隔8h称重一次，两次称重的差值小于10mg时，记下岩心的实测质量(干重)。

(4)测量岩心的几何尺寸：长度L、直径D。

(5)气测岩心渗透率：参考石油天然气行业标准。

(6)将岩心和半渗隔板11抽真空饱和地层水，称湿重，计算岩心孔隙体积。

(7)将饱和好地层水的岩心和半渗隔板11浸泡在地层水中，待用。

2、地层油样的配制：参考石油天然气行业标准。

从现场第一级分离器处取得油样和气样，在实验室内，按图2安装配样流程；按照第一级分离器的气油比先将一定量的气样顶入配样器22；将油样取样瓶安装于图2中贮样瓶21的位置上，在不断搅拌的条件下，将油样瓶加热到取样时分离器温度，压力升至分离器的压力；然后保持油样瓶的压力不变的条件下，将一定体积的油样转入配样器22中；将配样容器22的压力升至泡点压力以上(同时配样器不断上下搅拌，压力高于泡点压力，气体全部溶于油中)。

3、将地层油样转移至活塞式容器5中：将图1中活塞式容器5卸下，安置于图2中贮样瓶21的位置上，与活塞式容器5相连的电动计量泵进泵，同时活塞式容器5上部开关打开，使活塞式容器内活塞移至上部，下部充满水；将活塞式容器上部出口与配样容器22相连，由泵20驱替配样容器22活塞，在保持地层温度和压力不变的条件下将地层油样转移至活塞式容器5中，在地层油样进入活塞式容器之前，通过活塞式容器5上部的放空开关放出连接管线内的分离器油。将配样容器5上下部开关关闭，卸下上下部管线，安装至图1流程中。

4、隔板及岩心的安装：从烧杯中取出预先饱和好的半渗隔板11及岩心10，岩心10在上，半渗隔板11在下，放入岩心夹持器9的胶皮筒内，装上夹持器堵头，顶紧岩心。

5、用手动泵1加环压与轴压，密封岩心。

6、用手动泵1加回压：回压控制是通过对回压阀14施加控制压力而实现的，外加控制压力最好是用气体，以保证控制精度。

7、填充死体积：使岩心10下部出口端至计量管16之间的管线充满水，使计量管16内水面位于刻度管的最低刻度处；将各岩心夹持器的上部进口开关关闭；启动恒压恒速微量泵4，使高压容器5中的压力略低于实验初始压力，保持压力不变，控制打开岩心夹持器上部开关上的放空阀，放出部分地层油，排出管线中的空气后关闭放空阀。

8、加温：先打开面板上恒温箱风机开关，再打开加热开关，通过控温仪设定需加热的温度(地层温度)，温控仪自动控制恒温箱19加热至所需温度恒温(一般至少2-3h)，注意，加温过程中，保持高压容器5中的压力始终为地层压力(实验初始压力)。

9、启动毛管压力曲线的配套程序(流程见图3)，设置各个参数，录入岩心数据，设置好流程图选项，设置好最小、最大驱替压力及压力间隔，输入压力以控制恒压恒速微量泵4进行恒压驱替，直至水量不再变化后，提高恒压恒速微量泵4的压力，进行下一压力下的驱替。记录每一驱替压力下累计驱出的水量、压力与时间的关系，并绘制曲线。

10、所需压力点数据都测完以后，导出软件所采集的数据，关闭程序，关闭仪器，结束实验，取出岩心10和半渗隔板11。用所测数据画出地层条件下的毛管压力曲线。

注：上述步骤只说明了测定地层条件下油驱水毛管力曲线的过程，若测定气驱水、气驱油、水驱油等毛管力曲线，则岩心均应该首先饱和湿相流体，用非湿相流体驱替，步骤与上述1-9相同。

11、数据处理方法：

岩心的孔隙体积＝外表体积×孔隙度，也可用抽空饱和时进入岩心的湿相流体的体积表示，即：

岩心孔隙体积＝(湿重-干重)/岩心中饱和流体的密度；

任意压力下从岩心中排出的湿相流体的体积＝任意压力下计量管内液面稳定后的液量-初始时刻计量管液量；

任意压力下岩心中湿相流体饱和度＝(1-任意压力下从岩心中排出的湿相流体的体积/岩心孔隙体积)×100％。

由驱替压力和岩心中湿相流体(或非湿相流体)饱和度的关系画出油藏高温高压条件下的毛管压力曲线。

应用本发明，能够模拟油藏中高温高压、岩石应力、含油溶解气的地层油-气-水体系的毛管力曲线，不需要经过任何转化即可测得油藏高温高压条件下的毛管压力曲线，解决了高温高压条件下精确测试毛管压力曲线的难题。

Claims (4)

1.一种高温高压条件下油藏毛管压力曲线测定仪，其特征是由环压系统、注入系统、岩心夹持系统、半渗隔板、回压系统、计量系统、数据自动采集处理系统和恒温箱经管线连接组成，其中，环压系统由右侧手动泵(1)、压力表(2)和右侧供液杯(3)构成，右侧供液杯(3)连接至右侧手动泵(1)的进液口，右侧手动泵(1)的出口与压力表(2)、岩心夹持系统的环压和轴压入口相连；注入系统由恒压恒速微量泵(4)、活塞式容器(5)、阀门(8)和管线构成，恒压恒速微量泵(4)出口端与活塞式容器(5)下部进口相连，活塞式容器(5)上部出口与岩心夹持系统进口端的低压压力传感器(6)、岩心夹持系统进口端高压压力传感器(7)及岩心夹持系统的进口端相连；岩心夹持系统由五个三轴应力岩心夹持器(9)并联连接而成，沿岩心(10)轴向及径向施加压力，模拟地下岩石的应力状态；半渗隔板(11)为孔隙吼道远小于岩石孔喉的多孔致密人造陶瓷岩心，放置在三轴应力岩心夹持器(9)内岩心(10)的下方，其作用是只让岩心中的湿相流体通过，而非湿相不能通过；回压系统由左侧手动泵(1)、左侧供液杯(3)、回压缓冲容器(12)、回压阀(14)经管线连接构成，左侧供液杯(3)出口连接至左侧手动泵(1)的进液口，左侧手动泵的出口与回压缓冲容器(12)和回压阀(14)相连，给岩心(10)中湿相流体的流出施加回压，回压缓冲容器(12)的高压液体可保证回压阀(14)的压力保持稳定；计量系统由计量管(16)构成，计量管(16)与回压阀(14)连接，岩心(10)内的湿相流体经管线进入回压阀(14)之后沿管线进入计量管(16)，计量管(16)下部与差压传感器(17)相连，由差压传感器(17)计量管内液柱产生的压力，由此测出管内液量的多少；数据自动采集处理系统由岩心夹持系统进口端低压压力传感器（6）、岩心夹持系统进口端高压压力传感器(7)、回压压力传感器(13)、岩心夹持系统出口端压力传感器(15)、差压传感器(17)、计算机(18)和数据采集处理软件构成，各压力传感器和差压传感器(17)经过电缆连接至计算机(18)，通过数据采集处理软件自动采集压力及差压数据并自动进行数据处理，绘制地下毛管力曲线；活塞式容器(5)、岩心夹持系统和高压连接管线均安装在恒温箱(19)中。

2.根据权利要求1所述的高温高压条件下油藏毛管压力曲线测定仪，其特征是所述的五个三轴应力岩心夹持器(9)上都配有相应的压力控制和计量设备，能够同时进行五组实验。

3.根据权利要求1所述的高温高压条件下油藏毛管压力曲线测定仪，其特征是各部件之间的连接管线是耐压80MPa的不锈钢管线。

4.根据权利要求1所述的高温高压条件下油藏毛管压力曲线测定仪，其特征是所述的半渗隔板(11)为水湿半渗隔板或油湿半渗隔板。

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