CN104330344A - 岩心气水两相渗流动态测试方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩心气水两相渗流动态测试方法与装置，其中岩心气水两相渗流动态测试方法包括：建立实验岩心初始含水饱和度；将建好初始含水饱和度的岩心装入岩心夹持器并加围压；通过逐级增压的方式对所述加围压的岩心进行气驱水实验。其中气驱水实验包括：设定初始气驱压力，进行气驱；当岩心不再出水且气流量稳定后，提高气驱压力，进行气驱；至岩心气水均不流动时，实验结束。本发明提供的岩心气水两相渗流动态测试方法与装置，能够获得不同驱替压差条件下岩心中气、水两相渗流特征，以指导实际生产，从而改善气藏的开发效果，提高其经济效益。

Description

岩心气水两相渗流动态测试方法与装置

技术领域

本发明涉及油气田开发岩心实验分析技术，特别涉及一种岩心气水两相渗流动态测试方法与装置。

背景技术

据近年来的油气勘探和开发实践表明，低渗透气藏作为一种典型的油气藏类型在我国的各大油气田和各含油气盆地中都有广泛分布。低渗透气藏的储集介质类型大部分都是低渗透砂岩，这种岩类成岩作用十分强烈，结构紧密，其基质渗透率极低，因此，低渗透气藏的开发难度较大。目前，此类气藏的储量动用程度低，开发效果不够理想，经济效益差，因此，研究低渗透气藏的气水两相渗流特征及其应用技术，对改善此类低渗透气藏的开发效果，提高其经济效益，保证我国天然气工业持续稳定的发展具有重要意义。

目前在气藏开发过程中，常用的气水两相渗流特征的测试方法主要沿用国家标准SY/T5345-2007《岩石中两相相对渗透率测定方法》。在测试过程中，一般是采用给定的初始压力对岩心样品进行驱替试验，在驱替过程中记录产水量以及产气量，然后分别计算气驱水过程中气相、水相渗透率。所述初始压力用于模拟实际生产中的生产压差。所述生产压差是指气层静压(即目的地层的压力)，与流压(即气井在正常生产时测得的气层压力)的差值。

然而，对于气藏，特别是对于低渗致密气藏来讲，在实际气藏开发过程中，生产压差是在不断变化的，因此初始压力一般难以准确确定。该方法在特定的初始压力下，得到的测试结果最多是在不断变化的生产压差条件下的某一个实验值，难以反映出在不同生产压差下的气水两相渗流特征，因此对实际生产不具有指导意义。

因此，目前还没有一种气水两相渗流方法，能够对不同驱替压差条件下岩心中气、水两相渗流特征进行动态实验测试与分析，以指导实际生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种岩心气水两相渗流动态测试方法与装置，能够获得不同驱替压差条件下岩心中气、水两相渗流特征，以指导实际生产，从而改善气藏的开发效果，提高其经济效益。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种岩心气水两相渗流动态测试方法，

建立实验岩心初始含水饱和度；

将建好初始含水饱和度的岩心装入岩心夹持器并加围压；

通过逐级增压的方式对所述加围压的岩心进行气驱水实验。

在优选的实施方式中，将所述气驱水试验用的气体通过装水的中间容器后再通入岩心中。

在优选的实施方式中，所述逐级增压气驱的方式包括：

S31：设定初始气驱压力，进行气驱；

S32：当岩心不再出水且气流量稳定后，提高气驱压力，进行气驱；

S33：重复所述S32的过程，至岩心气水均不流动时，实验结束。

在优选的实施方式中，S2中所加围压大小参照岩心在地层状态下承受的上覆岩层压力P_OB，所述上覆岩层压力P_OB的值通过岩样所处地层深度h进行计算，

P_OB＝ρ×g×h/1000

P_OB——上覆岩层压力，单位为兆帕；

ρ——上覆岩层平均岩石密度，单位为克/立方厘米；

g——重力加速度，单位为牛/千克；

h——取样层中部深度，单位为米。

在优选的实施方式中，S1中建立岩心初始含水饱和度是通过将所述岩心的两端分别浸入水中分别自吸水，使岩心内部达到目标含水饱和度；或通过抽真空的方式，使所述岩心完全饱和水后，采用高压气驱或者加热方式，达到目标含水饱和度。

在优选的实施方式中，所述岩心初始含水饱和度，为达到目标含水饱和度的岩心与未饱和水前的岩心质量的差。

在优选的实施方式中，S1所述实验岩心为柱塞状全直径岩心，其直径为10厘米，长度为10厘米至20厘米。

一种岩心气水两相渗流动态测试装置，包括：通过耐高压的管线依次连接的气源、调节阀、中间容器、岩心夹持器、气水分离器及气体流量计；

所述气源用于提供驱替用的气体；

所述调节阀设置在所述气源与所述中间容器相连通的耐高压管线上，用于调节稳定的气驱水压力；

所述中间容器内部用于盛放水，其设置有入口和出口，使得从气源流出的驱替气体从所述入口进入，流经所述盛放的水后，从其出口流出；

所述岩心夹持器呈环形用于对放置在其环形空间内的岩心加围压；其具有相对的入口端和出口端，所述岩心夹持器环形空间段通过耐高压管线连接有用于提供加围压所需压力的注射泵；

所述气水分离器用于将从所述岩心夹持器内流出的驱替气体进行气水分离；

所述气体流量用于计量经所述气水分离器分离后的气体。

在优选的实施方式中，在所述岩心夹持器的入口端、出口端以及与所述注射泵连通的耐高压管线上，分别设置有用于监测压力的第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器。

在优选的实施方式中，所述气源内部气压最大为14兆帕，所述注射泵最大泵压为70兆帕，当所述气源与所述注射泵连通，通过所述注射泵增压后，所述气源内部气压最大压力为70兆帕。

本发明的特点和优点是：本发明提供一种岩心气水两相渗流动态测试方法，并相应地提出了一种岩心中气水两相渗流动态测试装置，通过选择岩心；建立岩心初始含水饱和度；将建好初始含水饱和度的岩心装入岩心夹持器并加围压；通过逐级增压的方式对所述岩心进行气驱水实验，以获得不同驱替压差条件下的岩心中气、水两相渗流特征，以指导实际生产，从而改善气藏，特别是低渗透气藏的开发效果，提高其经济效益。

附图说明

图1是本发明一种岩心气水两相渗流动态测试方法步骤图；

图2是本发明一种岩心气水两相渗流动态测试方法中气驱水实验步骤图；

图3是本发明一种岩心气水两相渗流动态测试方法获得的测试曲线图；

图4是本发明一种岩心气水两相渗流动态测试装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

本发明提供一种岩心气水两相渗流动态测试方法与装置，其能够对不同驱替压差条件下岩心中气、水两相渗流特征进行实验测试与分析，以指导实际生产。

请参阅图1，为本发明所述岩心气水两相渗流动态测试方法步骤图。所述岩心中气水两相渗流动态测试方法包括如下步骤：

S1：建立实验岩心初始含水饱和度；

S2：将建好初始含水饱和度的岩心装入岩心夹持器并加围压；

S3：通过逐级增压的方式对所述加围压的岩心进行气驱水实验。

首先在实验前选择需要进行实验测试的实验岩心。所选择的岩心为规则的柱塞状全直径岩心，岩心的直径为10厘米，长度为10厘米至20厘米。

所述岩心的尺寸参数：直径和长度，相对于现有的常规岩心直径2.5厘米，长度一般小于10厘米的尺寸而言，增大之后，具有如下优势：

首先所述岩心样品尺寸增大后，能够与实际储层的性质更为接近；

其次所述岩心样品尺寸变大后，其孔隙总体积也相应变大，饱和水的量更多，在实验过程中会降低实验误差，提供实验数据可靠程度；

另外岩心尺寸越大，其记录的对应实际储层的性质更完整，所述岩心样品尺寸变大后，可以实现水相流动的记录。一般常规岩心样品由于尺寸较小，其难以记录到完整的水相流动。

然后建立岩心初始含水饱和度。

气藏在原始条件下均有一定初始含水饱和度，所述岩心初始含水饱和度为气藏储层实际原始含水饱和度值。建立初始含水饱和度用于将室内岩心恢复至储层原始条件下的含水状态。

所述建立岩心初始含水饱和度有两种方法：

一种是自吸水的方法，先将实验用岩心的不同端面侵入水中，通过自吸水使岩心内部达到目标含水饱和度。然后通过岩心饱和水前后重量变化进行计算得出岩心初始含水饱和度。所述岩心初始含水饱和度为达到目标含水饱和度的岩心与未饱和水前的岩心质量的差。

另一种是抽真空完全饱和水方法，先采用高压气驱或者加热方式使岩心达到目标含水饱和度。然后通过岩心饱和水前后重量变化进行计算得出岩心初始含水饱和度。所述岩心初始含水饱和度为达到目标含水饱和度的岩心与未饱和水前的岩心质量的差。

S2：将建好初始含水饱和度的实验岩心装入岩心夹持器并加围压。

所述岩心夹持器为全直径且具有耐高压特性，可耐的最高压力70兆帕。

所述加围压是采用具有自动控制功能的高压射流泵进行加压控制。所述高压射流泵通过压缩岩心夹持器环空内的水或者气来实现增压。

所述围压大小与岩心在地层状态下承受的上覆岩层压力P_OB相近，其值通过岩样所处地层深度h进行计算，计算公式如下：

P_OB＝ρ×g×h/1000

P_OB——上覆岩层压力，即上部覆盖岩层加在下部岩石单元上的压力，单位为兆帕(兆帕)；

ρ——上部岩层平均岩石密度，单位为克/立方厘米(g/cm³)，一般取值2.36；

g——重力加速度，单位为牛/千克(N/kg)；

h——取样层中部深度，单位为米(m)。

S3：采用湿气，通过逐级增压的方式对实验用岩心进行气驱水实验。所述逐级增压气驱模拟了现场生产压差动态变化的一个过程。

请参阅图2，所述气驱水实验具体包括如下步骤：

S31：设定初始气驱压力，进行气驱；

S32：当岩心不再出水且气流量稳定后，提高气驱压力，进行气驱；

S33：重复所述S32的过程，至岩心气水均不流动时，实验结束。

所述的湿气即为用于驱替的气体，其可将普通气驱用的气体先通过一个装水的中间容器后获得。

所述采用湿气进行气驱，可以降低干气驱过程中对岩心的风干的作用，可以更好地测定岩心的含水饱和度。若采用干气驱，所述岩心的含水饱和度会在气驱的风干作用下一直降低，测得的岩心含水饱和度与实际会有较大偏差，也就不能完全反映气水两相渗流特征。

所述的逐级增压气驱的方式是指气驱压力由低压开始，在低压气驱过程中气流量稳定并且岩心不再出水后，或者驱替2个小时左右气、水均不流动的条件下，依次提高压力，实验过程中气驱压力，从低到高，一般从0.01兆帕开始，逐级提升至0.05兆帕，0.1兆帕，0.2兆帕，0.3兆帕，0.4兆帕，0.5兆帕，直至气流量稳定且岩心不再出水后，实验结束。

请参阅图3，为本发明一种岩心气水两相渗流动态测试方法获得的测试曲线图。所述实验参数包括气驱压力，气流量，出水量，实验时间。

图2中，横坐标表示时间，单位为分(min)；左侧纵坐标表示气流量的大小，单位为毫升/分(ml/min)；右侧纵坐标表示水流量，单位为毫升/分(ml/min)。

在第一阶段，当气驱压力为0.01兆帕时，岩心中有一定产水量，经过一段时间的持续加压后，岩心中产出一定水后，基本就不在产水了，而且此时气流量达到相对稳定状态，说明所述岩心在0.01兆帕压力条件下，已具有与之所述压力相对应的气水两相渗流特征。

在第二阶段，当气驱压力提升至0.05兆帕时，岩心又有一部分水产出，气流量随岩心水的产出会增加。经过一段时间的持续加压后，产出一部分水后也不在出水了，此时气流量达到相对稳定状态，说明所述岩心在0.05兆帕压力条件下，已具有与之所述压力相对应的气水两相渗流特征。

在第三阶段，当气驱压力提升至0.1兆帕时，随着压力进一步提升，出现相似的现象，岩心又有一部分水产出，气流量随岩心水的产出会增加。经过一段时间的持续加压后，产出一部分水后也不在出水了，此时气流量达到相对稳定状态。

在第四阶段，当气驱压力提升至0.3兆帕时，随着压力进一步提升，也出现相似的现象，岩心又有一部分水产出，气流量随岩心水的产出会增加。经过一段时间的持续加压后，产出一部分水后也不在出水了，此时气流量达到相对稳定状态。

在这个实验中可以看出，水相是很难达到稳定流状态，在一定的压力条件下，水流量是不断变化的，因此水相渗透率是难以采用达西公式进行计算的，也就是说，即使使用达西公式计算得出水相渗透率，并没有实际的含义。但是气相渗流可以达到稳态状态，在一定的压力条件下具有稳定的气流量，可以使用达西公式计算出气相渗透率。

本发明所述岩心气水两相渗流动态测试方法，通过获得不同压力条件下的气流量以及对应的水流量，可以指导实际的生产安排。另外在一定的压力下，由于气流量处于稳态，因此可以利用达西公式，计算出相应压力下，气体的渗透率，以指导气藏，特别是低渗透气藏的开发。

针对上述岩心中气水两相渗流动态测试方法，本发明还提供一种岩心中气水两相渗流动态测试装置的结构示意图。

请参阅图4，所述岩心中气水两相渗流动态测试装置，包括：气源1，中间容器2、注射泵6，岩心夹持器3，调压阀70，第一阀门71、第二阀门72、第三阀门73、第四阀门74，第一压力传感器81、第二压力传感器82、第三压力传感器83，气水分离器4，气体流量计5。实验时将待测试的岩心装入岩心夹持器3。

所述气源1，用于提供驱替用的气体。所述气源1可为气压为14兆帕气瓶。

本发明中所述气源1与所述注射泵6连通，通过所述注射泵6增压后可以达到最大压力为70兆帕。所述气源1具有一出口端11，所述出口端11的管线上设置有所述调压阀70。

所述调压阀70设置在所述气源1出口端11的管线上，用于调节稳定的气驱水压力。所述调压阀70一端通过管线与所述气源1连通，另一端通过管线与所述第一阀门71连通。

所述第一阀门71，用于控制所述气源1与所述中间容器2的通断，其一端通过管线与所述调压阀70连通，另一端与所述中间容器2连通。

所述中间容器2用于为进入其内部的气体加湿。所述中间容器2的内部装有水，在所述中间容器2上设置有入口21，所述入口21与所述第一所述中间容器2的连通。所述中间容器2内装水的高度需没过所述入口21，当从所述气源1产生的驱替气体，经过，从所述入口21进入所述中间容器2后，能过被所述中间容器2内的水进行加湿。在所述中间容器2上还设置有出口22，所述被加湿后的驱替气体从所述出口22流出。在所述出口22所在的管线上，设置有第二阀门72。

所述第二阀门72用于控制所述中间容器2与所述岩心夹持器3的通断，其一端通过管线与所述中间容器2连通，另一端通过管线与所述第一压力传感器81连通。

所述第一压力传感器81的一端通过管线与所述第二阀门72连通，另一端通过管线与所述岩心夹持器3连接。

所述岩心夹持器3可耐高压的岩心夹持器，其最高耐压压力为70兆帕。所述岩心夹持器3具有与外界连通的3个接口，分别为第一接口31、第二接口32和第三接口33。所述第一接口31，用于作为驱替气体的入口端，其通过耐高压管线与所述第一压力传感器81连通。所述第一压力传感器81用于检测所述岩心夹持器3第一接口31处的压力。

所述第二接口32，用于作为驱替气体的出口端，其通过耐高压管线与所述第三压力传感器连通。所述第三接口，用于作为加围压气体的入口端，其通过耐高压管线与所述第二压力传感器82连通。所述第二压力传感器82用于检测所述岩心夹持器3第三接口33处的压力。

所述第三压力传感器83一端通过耐高压管线与所述岩心夹持器3第二接口32连通，另一端通过耐高压管线与所述第四阀门74连通。所述第三压力传感器83用于检测所述岩心夹持器3第二接口32处的压力。

所述第四阀门74用于控制所述岩心夹持器3与所述气水分离器4的通断，其一端通过耐高压管线与所述第三压力传感器83连通，另一端通过耐高压管线与所述气水分离器4连通。

所述气水分离器4用于进行气水分离并将分离出的水收集，其通过耐高压管线与所述气体流量计5连通，使得从所述气水分离器4分离出来的气体能够进入所述气体流量计5内。

所述气体流量计5通过耐高压管线与所述气水分离器4连通，用于计量分离出的气体。

所述注射泵6用于提供加围压所需的压力，最大压力为70兆帕。所述注射泵6一端通过耐高压管线连接所述第三阀门73。

所述第三阀门73设置在所述注射泵6与所述第二压力传感器82之间，用于控制所述注射泵6与所述岩心夹持器3的通断。

当所述气源1需要增压时，在所述注射泵6的另一端还通过耐高压管线与所述气源1连通。在所述连通的管线上，还设置有第五阀门75，用于控制所述注射泵6与所述气源1的连通。

使用时，先关闭所述第二阀门72、第四阀门74，打开所述第三阀门73，将建好初始含水饱和度的岩心装入所述岩心夹持器3加围压。然后关闭所述第三阀门73，打开所述第二阀门72、第四阀门74，通过逐级增压的方式对所述岩心进行气驱水实验。

本发明提供一种岩心气水两相渗流动态测试方法，并相应地提出了一种岩心中气水两相渗流动态测试装置，通过选择岩心；建立岩心初始含水饱和度；将建好初始含水饱和度的岩心装入岩心夹持器并加围压；通过逐级增压的方式对所述岩心进行气驱水实验，以获得不同驱替压差条件下的岩心中气、水两相渗流特征，以指导实际生产，从而改善气藏，特别是低渗透气藏的开发效果，提高其经济效益。

以上所述仅为本发明的几个实施例，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种岩心气水两相渗流动态测试方法，其特征在于：

建立实验岩心初始含水饱和度；

将建好初始含水饱和度的岩心装入岩心夹持器并加围压；

通过逐级增压的方式对所述加围压的岩心进行气驱水实验。

2.如权利要求1所述的岩心气水两相渗流动态测试方法，其特征在于：将所述气驱水试验用的气体通过装水的中间容器后再通入岩心中。

3.如权利要求1所述的岩心气水两相渗流动态测试方法，其特征在于，所述逐级增压气驱的方式包括：

S31：设定初始气驱压力，进行气驱；

S32：当岩心不再出水且气流量稳定后，提高气驱压力，进行气驱；

S33：重复所述S32的过程，至岩心气水均不流动时，实验结束。

4.如权利要求1所述的岩心气水两相渗流动态测试方法，其特征在于：S2中所加围压大小参照岩心在地层状态下承受的上覆岩层压力P_OB，所述上覆岩层压力P_OB的值通过岩样所处地层深度h进行计算，

P_OB＝ρ×g×h/1000

P_OB——上覆岩层压力，单位为兆帕；

ρ——上覆岩层平均岩石密度，单位为克/立方厘米；

g——重力加速度，单位为牛/千克；

h——取样层中部深度，单位为米。

5.如权利要求1所述的岩心气水两相渗流动态测试方法，其特征在于：S1中建立岩心初始含水饱和度是通过将所述岩心的两端分别浸入水中分别自吸水，使岩心内部达到目标含水饱和度；或通过抽真空的方式，使所述岩心完全饱和水后，采用高压气驱或者加热方式，达到目标含水饱和度。

6.如权利要求5所述的岩心气水两相渗流动态测试方法，其特征在于：所述岩心初始含水饱和度，为达到目标含水饱和度的岩心与未饱和水前的岩心质量的差。

7.如权利要求1所述的岩心气水两相渗流动态测试方法，其特征在于：S1所述实验岩心为柱塞状全直径岩心，其直径为10厘米，长度为10厘米至20厘米。

8.一种岩心气水两相渗流动态测试装置，其特征在于，包括：通过耐高压的管线依次连接的气源、调节阀、中间容器、岩心夹持器、气水分离器及气体流量计；

所述气源用于提供驱替用的气体；

所述调节阀设置在所述气源与所述中间容器相连通的耐高压管线上，用于调节稳定的气驱水压力；

所述中间容器内部用于盛放水，其设置有入口和出口，使得从气源流出的驱替气体从所述入口进入，流经所述盛放的水后，从其出口流出；

所述岩心夹持器呈环形用于对放置在其环形空间内的岩心加围压；其具有相对的入口端和出口端，所述岩心夹持器环形空间段通过耐高压管线连接有用于提供加围压所需压力的注射泵；

所述气水分离器用于将从所述岩心夹持器内流出的驱替气体进行气水分离；

所述气体流量用于计量经所述气水分离器分离后的气体。

9.如权利要求8所述的岩心气水两相渗流动态测试装置，其特征在于：在所述岩心夹持器的入口端、出口端以及与所述注射泵连通的耐高压管线上，分别设置有用于监测压力的第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器。

10.如权利要求8所述的岩心气水两相渗流动态测试装置，其特征在于：所述气源内部气压最大为14兆帕，所述注射泵最大泵压为70兆帕，当所述气源与所述注射泵连通，通过所述注射泵增压后，所述气源内部气压最大压力为70兆帕。