CN110231266A - 不同应力不同水合物饱和状态下气水相对渗透率测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了不同应力不同水合物饱和状态下气水相对渗透率测定方法，在多孔介质中人工合成CH4水合物的基础上，使用He气作为驱替气体，实现了对不同应力、不同水合物饱和度状态下气水相对渗透率的测量，本发明实用性强，可以反映真实天然气水合物藏中的气水渗流规律，对于认识天然气水合物藏中的气水流动规律，提高产能评价结果的可靠性具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及天然气水合物资源开发领域，特别是涉及不同应力不同水合物饱和状态下气水相对渗透率测定方法。
背景技术
天然气水合物又称“可燃冰”，是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。由于其燃烧污染比煤、石油、天然气都小得多，而且储量丰富，全球储量足够人类使用1000年，因而被各国视为未来石油天然气的替代能源。中国、日本、加拿大等国均实现了可燃冰的试开采。
水合物开采时，储层中水合物分解为气水两相，气水两相在储层中渗流至井筒，在这个过程中水合物分解前缘以及储层中二次水合物形成的区域水合物的饱和度在不断变化，同时作用在储层的应力在不断增加，而不同应力、不同水合物饱和度状态下气水相渗规律有很大不同，气水的相对渗透率作为重要的物性参数之一对水合物藏在开采过程中的产气和产水等动态变化特征有决定性影响。然而对于天然气水合物藏中的气水相对渗透率曲线仍然简单地沿用油气田开发经典理论中的相对渗透率模型，结果的可靠性存在很大的不确定性，这严重制约了对天然气水合物藏中气水流动规律的认识及相关产能评价。因此，有必要提出一种不同应力、不同水合物饱和度状态下气水相对渗透率测定方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供不同应力不同水合物饱和状态下气水相对渗透率测定方法。
本发明的不同应力不同水合物饱和状态下气水相对渗透率测定方法，包括制备实验多孔介质模型；在多孔介质模型上加轴压和围压；测量在该有效应力条件下多孔介质模型的孔隙度；测量在该有效应力条件下多孔介质模型的初始渗透率；在该有效应力条件下的多孔介质模型中合成一定饱和度的水合物；精确测量在该有效应力条件下多孔介质模型中合成水合物的饱和度；测量该有效应力条件下一定气水饱和度下的气水有效渗透率并计算相对渗透率；在该有效应力条件下合成不同饱和度的水合物，并测量在该水合物饱和度条件下，不同气水饱和度状态下的气水相对渗透率；改变作用在多孔介质模型上的有效应力，并在该有效应力条件下合成不同饱和度的水合物，并测量相对应的不同气水饱和度时的气水相对渗透率。
在该有效应力条件下的多孔介质模型中合成一定饱和度的水合物：在合成甲烷水合物的过程中要根据多孔介质模型的孔隙压力要实时调整加在多孔介质模型的围压和轴压，以保证加在多孔介质模型上的有效应力始终保持不变。
精确测量在该有效应力条件下多孔介质模型中合成水合物的饱和度：用实验条件下饱和甲烷的蒸馏水驱替模型中未生成水合物的甲烷气的方法来精确计算模型中水合物的饱和度，Tm状态下模型中自由状态甲烷气体的体积记为V6，则V6由式④计算：
V6＝V5-V4 ④
式中，V6为压力为Pm，温度为Tm状态下模型中自由状态甲烷气体的体积，ml；V5为步骤5累积注入水体积，ml；V4为步骤5累积产出水体积，ml；
将压力为Pm，温度为Tm状态下模型中自由状态甲烷气体体积 V6，由式⑤，转化为压力为ps，温度为Ts状态下CH4气的体积V7：
式中，V7为模型中自由状态的甲烷气体在压力为ps，温度为Ts状态下的体积，ml；V6为模型中自由状态的甲烷气体在压力为Pm，温度为Tm状态下CH4气的体积，ml；Zs为压力为ps，温度为Ts状态下CH4气的压缩因子；Zm为压力为Pm，温度为Tm状态下CH4气的压缩因子； Ts为多孔介质模型在合成水合物之前的环境温度，K；Tm为多孔介质模型在合成水合物之后的环境温度，K；Ps为水合物合成前模型中的压力，Pa；Pm为水合物合成结束后模型中的压力，Pa；
则水合物的饱和度，由式⑥计算，
式中，V3为压力为ps，温度为Ts状态下水合物合成前模型中CH4气的体积，ml；V7为模型中自由状态的甲烷气体在压力为ps，温度为 Ts状态下的体积，ml；Ps为水合物合成前模型中的压力，Pa；Ts为多孔介质模型在合成水合物之前的环境温度，K；Zs为压力为ps，温度为Ts状态下CH4气的压缩因子；ρH为甲烷水合物的密度；R为气体常数；Vp为模型孔隙体积。
测量该有效应力条件下一定气水饱和度下的气水有效渗透率并计算相对渗透率：控制回压高于该温度下水合物相平衡压力，并使用惰性气体HE气作为驱替气体的方法来达到在测量过程中模型中水合物饱和度不变的目的，另外在一组实验结束后采用该实验温度和压力条件下饱和度甲烷的蒸馏水作为驱替介质，将模型中的He气驱替出模型的方法来精确计算模型中He气饱和度，水的饱和度，从而达到精确计算气、水、水合物饱和度的目的；由式⑦，计算在压力P5，温度Tm，状态下He气的体积，V10，由式⑧计算模型中He气的饱和度Sg，由式⑨计算模型中水的饱和度Sw，由式⑩计算水相的有效渗透率Kw，由式计算气相的有效渗透率Kg；
V10＝V8-V9 ⑦
Sw＝1-Sg-Sh ⑨
式中，V10为压力P5，温度Tm状态下He气的体积，ml；V8为步骤6累积注入水的体积，ml；V9为步骤6累积产出水的体积，ml； Sg为模型中气相的饱和度，小数；Sw为模型中水相的饱和度，小数； Sh为模型中水合物的饱和度，小数；kw为水相有效渗透率，μm2；qw为水流量，mL/s；μw为水的粘度，mPa·s；P4为多孔介质模型注入端压力，10-1MPa；p3为多孔介质模型出口端压力，10-1MPa；kg为气相有效渗透率，μm2；qg为温度为T0，压力为P0时He的流量，mL/s；μg为温度为Tm，压力为(p3+p4)/2时He的粘度，mPa·s；μw为水的粘度，mPa·s。
改变作用在多孔介质模型上的有效应力，并在该有效应力条件下合成不同饱和度的水合物，并测量相对应的不同气水饱和度时的气水相对渗透率，保持总流量不变，逐渐增大水的注入比例，测量该应力下不同气水饱和度下的相对渗透率，得到应力为Pa，水合物饱和度为 SH时的气水相对渗透率数据；通过控制CH4的注入量，生成不同CH4水合物饱和度下的多孔介质模型，测量该应力状态下不同水合物饱和度下的气水相对渗透率数据；通过控制围压和轴压得到不同应力状态下不同水合物饱和度下的气水相对渗透率数据，为了避免多孔介质模型不可逆的应力伤害，加围压和轴压的过程应该为由小至大，逐级增加。
与现有技术相比本发明的有益效果为：
本发明在多孔介质中人工合成CH4水合物的基础上，采用实验条件下饱和甲烷的蒸馏水驱替模型中未生成水合物的甲烷气的方法来精确计算模型中水合物的饱和度，使用He气作为驱替气体，实现了对不同应力、不同水合物饱和度状态下气水相对渗透率的测量，本发明实用性强，可以反映真实天然气水合物藏中的气水渗流规律，对于认识天然气水合物藏中的气水流动规律，提高产能评价结果的可靠性具有重要意义。
附图说明
图1是本发明的流程图。
其中：1-一维反应釜，2-产出水，3-产出气，4-流量计，5-气水分离器，6-阀门，7-回压阀，8-恒温箱，9-多孔介质模型，10-温度计，11-压力计，12-放空阀，13-节流阀，14-氦气高压罐，15-储水罐，16-甲烷高压罐，17-驱替泵，18-减压阀，19-饱和甲烷装置，20- 真空泵，21-轴压围压控制装置。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
不同应力不同水合物饱和状态下气水相对渗透率测定方法，包括制备实验多孔介质模型；在多孔介质模型上加轴压和围压；测量在该有效应力条件下多孔介质模型的孔隙度；测量在该有效应力条件下多孔介质模型的初始渗透率；在该有效应力条件下的多孔介质模型中合成一定饱和度的水合物；精确测量在该有效应力条件下多孔介质模型中合成水合物的饱和度；测量该有效应力条件下一定气水饱和度下的气水有效渗透率并计算相对渗透率；在该有效应力条件下合成不同饱和度的水合物，并测量在该水合物饱和度条件下，不同气水饱和度状态下的气水相对渗透率；改变作用在多孔介质模型上的有效应力，并在该有效应力条件下合成不同饱和度的水合物，并测量相对应的不同气水饱和度时的气水相对渗透率。
在该有效应力条件下的多孔介质模型中合成一定饱和度的水合物：在合成甲烷水合物的过程中要根据多孔介质模型的孔隙压力要实时调整加在多孔介质模型的围压和轴压，以保证加在多孔介质模型上的有效应力始终保持不变。
精确测量在该有效应力条件下多孔介质模型中合成水合物的饱和度：用实验条件下饱和甲烷的蒸馏水驱替模型中未生成水合物的甲烷气的方法来精确计算模型中水合物的饱和度，Tm状态下模型中自由状态甲烷气体的体积记为V6，则V6由式④计算：
V6＝V5-V4 ④
式中，V6为压力为Pm，温度为Tm状态下模型中自由状态甲烷气体的体积，ml；V5为步骤5累积注入水体积，ml；V4为步骤5累积产出水体积，ml；
将压力为Pm，温度为Tm状态下模型中自由状态甲烷气体体积 V6，由式⑤，转化为压力为ps，温度为Ts状态下CH4气的体积V7：
式中，V7为模型中自由状态的甲烷气体在压力为ps，温度为Ts状态下的体积，ml；V6为模型中自由状态的甲烷气体在压力为Pm，温度为Tm状态下CH4气的体积，ml；Zs为压力为ps，温度为Ts状态下CH4 气的压缩因子；Zm为压力为Pm，温度为Tm状态下CH4气的压缩因子； Ts为多孔介质模型在合成水合物之前的环境温度，K；Tm为多孔介质模型在合成水合物之后的环境温度，K；Ps为水合物合成前模型中的压力，Pa；Pm为水合物合成结束后模型中的压力，Pa；
则水合物的饱和度，由式⑥计算，
式中，V3为压力为ps，温度为Ts状态下水合物合成前模型中CH4气的体积，m1；V7为模型中自由状态的甲烷气体在压力为ps，温度为 Ts状态下的体积，ml；Ps为水合物合成前模型中的压力，Pa；Ts为多孔介质模型在合成水合物之前的环境温度，K；Zs为压力为ps，温度为Ts状态下CH4气的压缩因子；ρH为甲烷水合物的密度；R为气体常数；Vp为模型孔隙体积。
测量该有效应力条件下一定气水饱和度下的气水有效渗透率并计算相对渗透率：控制回压高于该温度下水合物相平衡压力，并使用惰性气体HE气作为驱替气体的方法来达到在测量过程中模型中水合物饱和度不变的目的，另外在一组实验结束后采用该实验温度和压力条件下饱和度甲烷的蒸馏水作为驱替介质，将模型中的He气驱替出模型的方法来精确计算模型中He气饱和度，水的饱和度，从而达到精确计算气、水、水合物饱和度的目的；由式⑦，计算在压力P5，温度Tm，状态下He气的体积，V10，由式⑧计算模型中He气的饱和度Sg，由式⑨计算模型中水的饱和度Sw，由式⑩计算水相的有效渗透率Kw，由式计算气相的有效渗透率Kg；
V10＝V8-V9 ⑦
Sw＝1-Sg-Sh ⑨
式中，V10为压力P5，温度Tm状态下He气的体积，ml；V8为步骤6累积注入水的体积，ml；V9为步骤6累积产出水的体积，ml； Sg为模型中气相的饱和度，小数；Sw为模型中水相的饱和度，小数； Sh为模型中水合物的饱和度，小数；kw为水相有效渗透率，μm2；qw为水流量，mL/s；μw为水的粘度，mPa.s；P4为多孔介质模型注入端压力，10-1MPa；p3为多孔介质模型出口端压力，10-1MPa；kg为气相有效渗透率，μm2；qg为温度为T0，压力为P0时He的流量，mL/s；μg为温度为Tm，压力为(P3+P4)/2时He的粘度，mPa·s；μw为水的粘度，mPa·s。
改变作用在多孔介质模型上的有效应力，并在该有效应力条件下合成不同饱和度的水合物，并测量相对应的不同气水饱和度时的气水相对渗透率，保持总流量不变，逐渐增大水的注入比例，测量该应力下不同气水饱和度下的相对渗透率，得到应力为Pa，水合物饱和度为 SH时的气水相对渗透率数据；通过控制CH4的注入量，生成不同CH4水合物饱和度下的多孔介质模型，测量该应力状态下不同水合物饱和度下的气水相对渗透率数据；通过控制围压和轴压得到不同应力状态下不同水合物饱和度下的气水相对渗透率数据，为了避免多孔介质模型不可逆的应力伤害，加围压和轴压的过程应该为由小至大，逐级增加。
如图1所示，制备多孔介质模型：将50-100目的石英砂洗净并用蒸馏水清洗3-5次，烘干之后填入反应釜，逐层夯实，形成致密均匀的多孔介质模型；多孔介质模型施加围压和轴压：利用围压加压装置和轴压加压装置将反应釜中的多孔介质模型加上围压和轴压各Pa， Pa范围在1-20MPa；测量该应力下多孔介质模型的孔隙度：将真空泵保持负压0.1MPa对多孔介质模型抽真空1-3小时，将蒸馏水以 0.5-10mL/min的速度注入模型，见水后继续注入1.5-2.5PV，记录此时蒸馏水的累积注入体积V1和累积产出体积V2，根据模型尺寸计算模型孔隙度测量相应应力下多孔介质模型的绝对渗透率：以0.5-10 mL/min的速度向多孔介质模型中注入蒸馏水，待出口端水流速度稳定后，测量水流量q、注入端压力P1、出口端压力P2，计算模型绝对渗透率ka，在该应力条件下的多孔介质中合成水合物：关闭出口阀，继续注入蒸馏水至预定压力Pset，所述Pset范围为7-10MPa，将步骤2 中施加在多孔介质模型上的轴压和围压相应增大，保证施加在多孔介质模型上的有效应力为Pa；将CH4压缩至所述预定压力，打开出口阀，保持出口端回压为所述预定压力pset，以0.5-10mL/min的速度将 CH4注入多孔介质模型，达到预定注入量0.05-0.50PV后，关闭进口阀和出口阀，静置一定时间使模型中的气液充分混合均匀，并记录此时模型的压力ps、环境温度Ts和累积产出水体积V3；将模型环境温度降至1-4℃，记为Tm，开始水合物的生成过程，保持环境温度不变并记录多孔介质模型中流体压力的变化，期间根据多孔介质模型中流体压力的变化适当减小施加在多孔介质模型上的围压和轴压，使施加在多孔介质模型上的有效应力始终为Pa；待多孔介质模型中流体压力不再发生变化后，记为Pm，CH4水合物生成过程结束；计算该应力条件下水合物饱和度：保持模型环境温度Tm不变，打开出口阀，将回压保持在Pm+0.1MPa，记为P3，同时将轴压和围压时时增加，以保证有效应力不变。将在P3压力、Tm温度下饱和甲烷的蒸馏水以0.5-10 mL/min的速度注入多孔介质模型，待出口端流体流速稳定后，继续注入1.5-2PV，记录累积注入水体积V5、累积产出水体积V4，在压力为Pm，温度为Tm状态下模型中自由状态甲烷气体的体积记为V6，将压力为Pm，温度为Tm状态下模型中自由状态甲烷气体体积V6，由式⑤，转化为压力为ps，温度为Ts状态下CH4气的体积V7，计算水合物的饱和度；测量该应力条件下一定气水饱和度下的气水有效渗透率：保持模型环境温度不变即Tm及所加的轴压和围压不变，保持出口端的回压为P3，将氦气和在P3压力、Tm温度下饱和甲烷的蒸馏水以10∶1的比例恒速注入含一定饱和度水合物的多孔介质模型中，待出口端流速稳定后，测量注入端压力P4，水的流量qW，大气压P0和室内温度T0下氦气的流量qg；关闭模型的出口端和进口端，待模型压力稳定后记录模型的压力P5，此过程保持环境的温度Tm不变；将回压保持在P5，同时将轴压和围压相应增加，以保证有效应力不变；打开进液阀和出口阀，将在P5压力、Tm温度下饱和甲烷的蒸馏水注入含一定饱和度水合物的多孔介质模型中，此时从新计量累积注入饱和甲烷的蒸馏水的体积，和累积产出水的体积，待出口端达到稳定后继续注入1.5-2PV饱和甲烷蒸馏水，此时记录累积注入水体积V8，累积产出水体积V9，计算在压力P5，温度Tm，状态下He气的体积V10，计算模型中He气的饱和度Sg，计算模型中水的饱和度Sw，计算水相的有效渗透率Kw，计算气相的有效渗透率Kg；计算该应力条件下气水饱和度时的水相相对渗透率Krw，气相相对渗透率Krg，保持总流量不变，逐渐增大所述步骤7中水的注入比例，测量该应力下不同气水饱和度下的相对渗透率，得到应力为Pa，水合物饱和度为SH时的气水相对渗透率数据；通过控制CH4的注入量，生成不同CH4水合物饱和度下的多孔介质模型，测量该应力状态下不同水合物饱和度下的气水相对渗透率数据；通过控制围压和轴压得到不同应力状态下不同水合物饱和度下的气水相对渗透率数据，为了避免多孔介质模型不可逆的应力伤害，加围压和轴压的过程应该为由小至大，逐级增加。
具体计算步骤如下：步骤1：制备多孔介质模型：将50-100目的石英砂洗净并用蒸馏水清洗3-5次，烘干之后填入反应釜，逐层夯实，形成致密均匀的多孔介质模型；
步骤2：多孔介质模型施加围压和轴压：利用围压加压装置和轴压加压装置将反应釜中的多孔介质模型加上围压和轴压各Pa，Pa范围在1-20MPa；
步骤3：测量该应力下多孔介质模型的孔隙度：将真空泵保持负压0.1MPa对多孔介质模型抽真空1-3小时，将蒸馏水以0.5-10mL/min 的速度注入模型，见水后继续注入1.5-2.5PV，记录此时蒸馏水的累积注入体积V1和累积产出体积V2，由式①和式②，根据模型尺寸计算模型孔隙度
Vp＝V1-V2 ①
式中，为多孔介质模型孔隙度，小数；VP为多孔介质模型孔隙体积，Cm3；V1为蒸馏水的累积注入体积，cm3；V2为蒸馏水的累积产出体积，cm3；R为多孔介质模型截面半径，cm；L为多孔介质模型长度，cm；
步骤4：测量相应应力下多孔介质模型的绝对渗透率：以0.5-10 mL/min的速度向多孔介质模型中注入蒸馏水，待出口端水流速度稳定后，测量水流量q、注入端压力P1、出口端压力P2，由式③，计算模型绝对渗透率ka，
式中，ka为多孔介质模型的绝对渗透率，μm2；q为水流量，mL/s；μw为蒸馏水粘度，mPa·s；P1为多孔介质模型注入端压力，10-1MPa； P2为多孔介质模型出口端压力，10-1MPa；
步骤5：在该应力条件下的多孔介质中合成水合物：关闭出口阀，继续注入蒸馏水至预定压力Pset，所述Pset范围为7-10MPa，将步骤2 中施加在多孔介质模型上的轴压和围压相应增大，保证施加在多孔介质模型上的有效应力为Pa；将CH4压缩至所述预定压力，打开出口阀，保持出口端回压为所述预定压力pset，以0.5-10mL/min的速度将CH4注入多孔介质模型，达到预定注入量0.05-0.50PV后，关闭进口阀和出口阀，静置一定时间使模型中的气液充分混合均匀，并记录此时模型的压力ps、环境温度Ts和累积产出水体积V3；将模型环境温度降至1-4℃，记为Tm，开始水合物的生成过程，保持环境温度不变并记录多孔介质模型中流体压力的变化，期间根据多孔介质模型中流体压力的变化适当减小施加在多孔介质模型上的围压和轴压，使施加在多孔介质模型上的有效应力始终为Pa；待多孔介质模型中流体压力不再发生变化后，记为Pm，CH4水合物生成过程结束；
步骤6：计算该应力条件下水合物饱和度：保持模型环境温度Tm不变，打开出口阀，将回压保持在Pm+0.1MPa，记为P3，同时将步骤5 中的轴压和围压时时增加，以保证有效应力不变。将在P3压力、Tm温度下饱和甲烷的蒸馏水以0.5-10mL/min的速度注入多孔介质模型，待出口端流体流速稳定后，继续注入1.5-2PV，记录累积注入水体积 V5、累积产出水体积V4，在压力为Pm，温度为Tm状态下模型中自由状态甲烷气体的体积记为V6，则V6由式④计算。
V6＝V5-V4 ④
式中，V6为压力为Pm，温度为Tm状态下模型中自由状态甲烷气体的体积，ml；V5为步骤5累积注入水体积，ml；V4为步骤5累积产出水体积，ml；
将压力为Pm，温度为Tm状态下模型中自由状态甲烷气体体积 V6，由式⑤，转化为压力为ps，温度为Ts状态下CH4气的体积V7。
式中，V7为模型中自由状态的甲烷气体在压力为ps，温度为Ts状态下的体积，ml；V6为模型中自由状态的甲烷气体在压力为Pm，温度为Tm状态下CH4气的体积，ml；Zs为压力为ps，温度为Ts状态下CH4气的压缩因子；Zm为压力为Pm，温度为Tm状态下CH4气的压缩因子；Ts为多孔介质模型在合成水合物之前的环境温度，K；Tm为多孔介质模型在合成水合物之后的环境温度，K；Ps为水合物合成前模型中的压力，Pa；Pm为水合物合成结束后模型中的压力，Pa；
则水合物的饱和度，由式⑥计算，
式中，V3为压力为ps，温度为Ts状态下水合物合成前模型中CH4气的体积，ml；V7为模型中自由状态的甲烷气体在压力为ps，温度为 Ts状态下的体积，ml；Ps为水合物合成前模型中的压力，Pa；Ts为多孔介质模型在合成水合物之前的环境温度，K；Zs为压力为ps，温度为Ts状态下CH4气的压缩因子；ρH为甲烷水合物的密度；R为气体常数；Vp为模型孔隙体积；
步骤7：测量该应力条件下一定气水饱和度下的气水有效渗透率：保持模型环境温度不变即Tm及所加的轴压和围压不变，保持出口端的回压为P3，将氦气和在P3压力、Tm温度下饱和甲烷的蒸馏水以10∶1 的比例恒速注入含一定饱和度水合物的多孔介质模型中，待出口端流速稳定后，测量注入端压力P4，水的流量qW，大气压P0和室内温度T0下氦气的流量qg；关闭模型的出口端和进口端，待模型压力稳定后记录模型的压力P5，此过程保持环境的温度Tm不变；将回压保持在P5，同时将轴压和围压相应增加，以保证有效应力不变；打开进液阀和出口阀，将在P5压力、Tm温度下饱和甲烷的蒸馏水注入含一定饱和度水合物的多孔介质模型中，此时从新计量累积注入饱和甲烷的蒸馏水的体积，和累积产出水的体积，待出口端达到稳定后继续注入1.5-2PV饱和甲烷蒸馏水，此时记录累积注入水体积，V8，累积产出水体积， V9，由式⑦，计算在压力P5，温度Tm，状态下He气的体积，V10，由式⑧计算模型中He气的饱和度Sg，由式⑨计算模型中水的饱和度Sw，由式⑩计算水相的有效渗透率Kw，由式计算气相的有效渗透率Kg；
V10＝V8-V9 ⑦
Sw＝1-Sg-Sh ⑨
式中，V10为压力P5，温度Tm状态下He气的体积，ml；V8为步骤6累积注入水的体积，ml；V9为步骤6累积产出水的体积，ml； Sg为模型中气相的饱和度，小数；Sw为模型中水相的饱和度，小数； Sh为模型中水合物的饱和度，小数；kw为水相有效渗透率，μm2；qw为水流量，mL/s；μw为水的粘度，mPa·s；P4为多孔介质模型注入端压力，10-1MPa；p3为多孔介质模型出口端压力，10-1MPa；kg为气相有效渗透率，μm2；qg为温度为T0，压力为P0时He的流量，mL/s；μg为温度为Tm，压力为(p3+p4)/2时He的粘度，mPa·s；μw为水的粘度，mPa·s；
步骤8：计算该应力条件下气水饱和度时的水相相对渗透率Krw，气相相对渗透率Krg，
步骤9：保持总流量不变，逐渐增大所述步骤7中水的注入比例，重复步骤7-8，测量该应力下不同气水饱和度下的相对渗透率，得到应力为Pa，水合物饱和度为SH时的气水相对渗透率数据；
步骤10：重复步骤5-9，通过控制所述步骤5中CH4的注入量，生成不同CH4水合物饱和度下的多孔介质模型，测量该应力状态下不同水合物饱和度下的气水相对渗透率数据；
步骤11：重复步骤2-10，通过控制步骤2中的围压和轴压得到不同应力状态下不同水合物饱和度下的气水相对渗透率数据，为了避免多孔介质模型不可逆的应力伤害，步骤2中加围压和轴压的过程应该为由小至大，逐级增加。
该测试方法可以评价不同应力以及不同水合物饱和度对多孔介质相对渗透率特性的影响；采用He气、实验温度和压力下饱和CH4的蒸馏水和控制出口回压高于水合物在实验温度下的相平衡压力的方法来达到在气水相对渗透率测试过程中模型的水合物饱和度不变的目的；一组相渗实验结束后采用实验温度和压力下饱和CH4的蒸馏水作为驱替介质，将He气驱替出模型，来确定实验温度和压力下He 气的体积以及模型中含气饱和度，此方法比质量法更加准确。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.不同应力不同水合物饱和状态下气水相对渗透率测定方法，其特征在于，包括制备实验多孔介质模型；在多孔介质模型上加轴压和围压；测量在该有效应力条件下多孔介质模型的孔隙度；测量在该有效应力条件下多孔介质模型的初始渗透率；在该有效应力条件下的多孔介质模型中合成一定饱和度的水合物；精确测量在该有效应力条件下多孔介质模型中合成水合物的饱和度；测量该有效应力条件下一定气水饱和度下的气水有效渗透率并计算相对渗透率；在该有效应力条件下合成不同饱和度的水合物，并测量在该水合物饱和度条件下，不同气水饱和度状态下的气水相对渗透率；改变作用在多孔介质模型上的有效应力，并在该有效应力条件下合成不同饱和度的水合物，并测量相对应的不同气水饱和度时的气水相对渗透率。
2.如权利要求1所述的不同应力不同水合物饱和状态下气水相对渗透率测定方法，其特征在于，所述的在该有效应力条件下的多孔介质模型中合成一定饱和度的水合物：在合成甲烷水合物的过程中要根据多孔介质模型的孔隙压力要实时调整加在多孔介质模型的围压和轴压，以保证加在多孔介质模型上的有效应力始终保持不变。
3.如权利要求1所述的不同应力不同水合物饱和状态下气水相对渗透率测定方法，其特征在于，所述的精确测量在该有效应力条件下多孔介质模型中合成水合物的饱和度：用实验条件下饱和甲烷的蒸馏水驱替模型中未生成水合物的甲烷气的方法来精确计算模型中水合物的饱和度，Tm状态下模型中自由状态甲烷气体的体积记为V6，则V6由式④计算：
V6＝V5-V4 ④
式中，V6为压力为Pm，温度为Tm状态下模型中自由状态甲烷气体的体积，ml；V5为步骤5累积注入水体积，ml；V4为步骤5累积产出水体积，ml；
将压力为Pm，温度为Tm状态下模型中自由状态甲烷气体体积V6，由式⑤，转化为压力为ps，温度为Ts状态下CH4气的体积V7：
式中，V7为模型中自由状态的甲烷气体在压力为ps，温度为Ts状态下的体积，ml；V6为模型中自由状态的甲烷气体在压力为Pm，温度为Tm状态下CH4气的体积，ml；Zs为压力为ps，温度为Ts状态下CH4气的压缩因子；Zm为压力为Pm，温度为Tm状态下CH4气的压缩因子；Ts为多孔介质模型在合成水合物之前的环境温度，K；Tm为多孔介质模型在合成水合物之后的环境温度，K；Ps为水合物合成前模型中的压力，Pa；Pm为水合物合成结束后模型中的压力，Pa；
则水合物的饱和度，由式⑥计算，
式中，V3为压力为ps，温度为Ts状态下水合物合成前模型中CH4气的体积，ml；V7为模型中自由状态的甲烷气体在压力为ps，温度为Ts状态下的体积，ml；Ps为水合物合成前模型中的压力，Pa；Ts为多孔介质模型在合成水合物之前的环境温度，K；Zs为压力为ps，温度为TS状态下CH4气的压缩因子；ρH为甲烷水合物的密度；R为气体常数；Vp为模型孔隙体积。
4.如权利要求1所述的不同应力不同水合物饱和状态下气水相对渗透率测定方法，其特征在于，所述的测量该有效应力条件下一定气水饱和度下的气水有效渗透率并计算相对渗透率：控制回压高于该温度下水合物相平衡压力，并使用惰性气体HE气作为驱替气体的方法来达到在测量过程中模型中水合物饱和度不变的目的，另外在一组实验结束后采用该实验温度和压力条件下饱和度甲烷的蒸馏水作为驱替介质，将模型中的He气驱替出模型的方法来精确计算模型中He气饱和度，水的饱和度，从而达到精确计算气、水、水合物饱和度的目的；由式⑦，计算在压力P5，温度Tm，状态下He气的体积，V10，由式⑧计算模型中He气的饱和度Sg，由式⑨计算模型中水的饱和度Sw，由式⑩计算水相的有效渗透率Kw，由式计算气相的有效渗透率Kg；
V10＝V8-V9 ⑦
Sw＝1-Sg-Sh ⑨
式中，V10为压力P5，温度Tm状态下He气的体积，ml；V8为步骤6累积注入水的体积，ml；V9为步骤6累积产出水的体积，ml；Sg为模型中气相的饱和度，小数；Sw为模型中水相的饱和度，小数；Sh为模型中水合物的饱和度，小数；kw为水相有效渗透率，μm2；qw为水流量，mL/s；μw为水的粘度，mPa·s；P4为多孔介质模型注入端压力，10-1MPa；p3为多孔介质模型出口端压力，10-1MPa；kg为气相有效渗透率，μm2；qg为温度为T0，压力为P0时He的流量，mL/s；μg为温度为Tm，压力为(p3+P4)/2时He的粘度，mPa·s；μw为水的粘度，mPa·s。
5.如权利要求1所述的不同应力不同水合物饱和状态下气水相对渗透率测定方法，其特征在于，所述的改变作用在多孔介质模型上的有效应力，并在该有效应力条件下合成不同饱和度的水合物，并测量相对应的不同气水饱和度时的气水相对渗透率，保持总流量不变，逐渐增大水的注入比例，测量该应力下不同气水饱和度下的相对渗透率，得到应力为Pa，水合物饱和度为SH时的气水相对渗透率数据；通过控制CH4的注入量，生成不同CH4水合物饱和度下的多孔介质模型，测量该应力状态下不同水合物饱和度下的气水相对渗透率数据；通过控制围压和轴压得到不同应力状态下不同水合物饱和度下的气水相对渗透率数据，为了避免多孔介质模型不可逆的应力伤害，加围压和轴压的过程应该为由小至大，逐级增加。
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