CN110793901A - 考虑束缚水的高温高压气藏渗透率流速敏感性测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及考虑束缚水的高温高压气藏渗透率流速敏感性测试方法，包括：将岩样清洗、烘干、抽真空后放入地层水中饱和24h；建立岩心束缚水饱和度；驱替泵以0.2ml/min的速度恒速驱替加湿气体进入岩心，驱替过程中保持围压大于入口压力500psi，出口压力大于回压，驱替2PV的加湿气体，得到第一次恒速驱替后岩心的气测渗透率K₁；以此类推得到第i次恒速驱替后岩心的气测渗透率K_i；如果第n次驱替实验时，岩心渗透率的变化率大于20％，第n‑1次就是岩心发生速度敏感性的时刻，此时岩心入口端和出口端气体的渗流速度分别为v₁和v₂，则该岩心的临界流速v介于v₁和v₂之间。本发明可在束缚水和高温高压条件下测定岩石渗透率，快速、准确地求出临界流速，为高压气藏的开发提供理论依据。

Description

考虑束缚水的高温高压气藏渗透率流速敏感性测试方法

技术领域

本发明涉及石油天然气勘探开发领域油气藏开发过程中一种考虑到高温高压束缚水饱和度条件下流速敏感性对于岩石气测渗透率影响的测试方法。

背景技术

孔渗测试是气藏开发的基础数据，已有较成熟的测试方法及标准(SY/T 5336)，关于岩心流速敏感性测试也有标准(SY/T 5358-2010)，目前所测得的渗透率，大都是在一定围压及常温低压条件下简单地将公式进行应用所得到的，一般都是用干燥岩心进行实验，没有考虑束缚水对岩心的影响，更未考虑干燥的实验气体进入岩心带走岩心中束缚水的问题，用此方法得到的数据和实际储层岩石的渗透率存在一定的误差。同时对于气藏来说，地层压力大，温度高，普通的常温常压实验所得到的岩石渗透率与气藏岩石真实渗透率的误差就更大了。

发明内容

本发明的目的在于提供考虑束缚水的高温高压气藏渗透率流速敏感性测试方法，该方法原理可靠，操作简便，在束缚水和高温高压条件下测定岩石渗透率的同时，又可以探究气体渗流速度对于气藏岩石渗透率的影响，能够快速、准确地求出临界流速，为高压气藏的开发提供理论依据。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

首先模拟气藏形成过程，建立岩心束缚水饱和度并测量岩心长度与横截面积，然后用加湿过的气体以不同的流速进行气测渗透率实验，测得实验温度、不同压力下气体的粘度(粘度可以由专利201120484372.8测定气体粘度装置确定)，根据气测渗透率公式计算得到不同流速经过岩心后初始条件下气藏岩心渗透率的大小，从而对气藏岩心进行速敏性评价。

考虑束缚水的高温高压气藏渗透率流速敏感性测试方法，依靠气测渗透率装置完成，该装置由恒温箱、岩心夹持器、驱替泵、围压泵、回压泵、装有加湿气体的中间容器组成，所述岩心夹持器的入口端连接中间容器和驱替泵，出口端通过回压阀连接回压泵，入口端、出口端分别设有压力传感器、气体流量计，回压阀端同样设有压力传感器、气体流量计，岩心夹持器中段连接围压泵，岩心夹持器和中间容器位于恒温箱中，该方法依次包括以下步骤：(1)测量岩心的长度L、直径d、岩心孔隙度

将岩样清洗、烘干、抽真空后放入地层水中饱和24h，使实验气体通过地层水加湿后进入中间容器；

(2)将岩心放入岩心夹持器中，打开装有加湿气体的中间容器，并打开驱替泵、围压泵、回压泵，调至恒压模式，缓慢给岩心建压至地层压力，建压过程中保持围压大于入口压力500psi，回压大于出口压力，然后恒温箱升温至地层温度，降低回压阀端压力低于岩心出口压力，将岩心中饱和的地层水驱出，建立岩心束缚水饱和度；

(3)开始驱替实验，驱替泵以0.2ml/min的速度恒速驱替中间容器中的加湿气体进入岩心，驱替过程中保持围压大于入口压力500psi，出口压力大于回压，驱替2PV加湿气体，当岩心入口端气体流量计、岩心出口端气体流量计、回压阀端气体流量计的示数稳定时，记录岩心入口端、岩心出口端的压力P₁、P₂和岩心入口端、岩心出口端的流量Q₁、Q₂，通过下式计算岩心在高温高压条件下的气测渗透率K_g：

其中μ为气体粘度，mP_a·s，

Z_o、Z₁、Z₂分别为回压阀端、岩心入口端、岩心出口端的气体压缩因子，

T_o、T分别为室内温度、恒温箱温度，

A为岩心横截面积，cm²；

令第一次恒速驱替后岩心的气测渗透率为K₁；

(4)以第一次恒速驱替后岩心的气测渗透率K₁为基准点，以0.1ml/min的梯度来增大驱替泵的驱替速度，驱替2PV加湿气体后，同样方法得到第二次恒速驱替后岩心的气测渗透率K₂；

(5)驱替完成后，回到基准点(即第一次恒速驱替的泵速、岩心入口端和出口端的压力状态)，重复步骤(4)，得到第i次恒速驱替后岩心的气测渗透率K_i；

(6)根据以下公式计算不同驱替速度驱替后所对应的岩心渗透率的变化率D_i：

(7)如果第n次驱替实验时，岩心渗透率的变化率大于20％，那么第n-1次就是岩心发生速度敏感性的时刻，此时岩心入口端和岩心出口端气体的渗流速度分别为v₁和v₂，则该岩心的临界流速v介于v₁和v₂之间。

气体在岩心入口端和岩心出口端的渗流速度v₁、v₂通过如下公式(标准SY/T 5358-2010)计算：

岩心在高温高压条件下的气测渗透率K_g的计算公式，推导过程如下：

假设气体在岩心中的渗流为稳定流，则气体流过岩心横截面的质量流量不变，通过以下公式得到岩心的气测渗透率K_g(何更生、唐海，油层物理，2012年)：

式中：Q_o为回压阀端气体流量，cm³；μ为气体粘度，mP_a·s；L为岩心长度，cm；P_O为大气压，MPa，A为岩心横截面积，cm²；P₁为岩心入口端压力，MPa；P₂为岩心出口端压力，MPa。

考虑束缚水和高温高压条件下气体压缩性对实验结果的影响，通过以下过程得到岩心在高温高压条件下的气藏渗透率K_g：

根据气体状态方程，岩心的入口端、出口端、回压阀端均满足以下公式：

P₁V₁＝Z₁n₁RT

P₂V₂＝Z₂n₂RT

P₀V₀＝Z₀n₀RT

其中V₁＝Q₁,V₂＝Q₂,V₀＝Q₀

在气体流过岩心横截面的质量流量不变的前提下有n₁＝n₂＝n₀

即

从而得到：

式中：Q₁、Q₂分别为岩心入口端、出口端气体流量，cm³；n₁＝n₂＝n₀为气体通过岩心的物质的量，mol；V₁、V₂、V₀分别为岩心入口端、岩心出口端、回压阀端的气体体积；Z_o、Z₁、Z₂分别为回压阀端、岩心入口端、岩心出口端的气体压缩因子(对实验气体进行气测谱实验，根据实验结果，已知气体组分与实验的压力和温度，用计算气体压缩因子的软件进行计算)；T_o、T分别为室内温度、恒温箱温度，K。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明在气体加湿的前提下，提出了在考虑束缚水饱和度的条件下测量气藏渗透率与岩心速敏性的方法，同时还对于高温高压条件下气测渗透率公式进行了优化；

(2)本发明在模拟气藏实际条件中测量气藏岩石渗透率，可以探究气体渗流速度对于气藏岩石渗透率影响；

(3)本发明在实验过程中数据的处理皆符合实际气藏条件，能够准确地求出临界流速，为高压气藏的开发提供现实依据。

附图说明

图1是气测渗透率装置的结构示意图。

其中：1-恒温箱；2-驱替泵；3-围压泵；4-回压泵；5-装有实验气体的中间容器；6-温度传感器；7、8、9、10-压力传感器；11-岩心夹持器；12-回压阀；13、14、15-气体流量计。

具体实施方式

下面根据附图进一步说明本发明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，均在保护之列。

参看图1。

考虑束缚水的高温高压气藏渗透率流速敏感性测试方法，依靠气测渗透率装置完成，该装置由恒温箱1、岩心夹持器11、驱替泵2、围压泵3、回压泵4、装有实验气体的中间容器5组成，所述岩心夹持器11的入口端连接中间容器5和驱替泵2，出口端通过回压阀12连接回压泵4，入口端、出口端分别设有压力传感器(7、9)、气体流量计(14、15)，回压阀端同样设有压力传感器10、气体流量计13，岩心夹持器中段通过压力表8连接围压泵3，岩心夹持器和中间容器位于恒温箱1中，恒温箱设有温度传感器6，该方法依次包括以下内容：

测量岩心的长度和直径，将岩样清洗、烘干、抽真空后放入地层水中饱和24h；将岩心放入岩心夹持器中，打开装有加湿气体的中间容器，并打开驱替泵、围压泵、回压泵，调至恒压模式建压，建压完成后降低回压阀端压力使其低于岩心出口端压力，将驱替泵调至恒速模式以0.1ml/min的速度将岩心中饱和的地层水驱出，建立岩心束缚水饱和度；驱替泵以0.2ml/min的速度恒速驱替中间容器中的加湿气体进入岩心开始驱替实验，驱替过程中保持围压大于入口压力500psi，出口压力大于回压，驱替2PV的加湿气体，当岩心入口端气体流量计、岩心出口端气体流量计、回压阀端气体流量计的示数稳定时，记录岩心入口端、岩心出口端的压力P₁、P₂和岩心入口端、岩心出口端的流量Q₁、Q₂，计算得到第一次恒速驱替后岩心的气测渗透率K₁；以K₁为基准点，以0.1ml/min的梯度来增大驱替泵的驱替速度，驱替2PV加湿气体后，在基准点条件下得到第二次恒速驱替后岩心的气测渗透率K₂；以此类推得到第i次恒速驱替后岩心的气测渗透率K_i(i＝3,4,5,...,n)。如果第n次驱替实验时，岩石渗透率的变化率大于20％，那么第n-1次就是岩样发生速度敏感性的时刻，此时岩心入口端和岩心出口端气体的渗流速度分别为v₁和v₂，则该岩心的临界流速v介于v₁和v₂之间。

Claims (2)

1.考虑束缚水的高温高压气藏渗透率流速敏感性测试方法，依靠气测渗透率装置完成，该装置由恒温箱、岩心夹持器、驱替泵、围压泵、回压泵、装有加湿气体的中间容器组成，所述岩心夹持器的入口端连接中间容器和驱替泵，出口端通过回压阀连接回压泵，入口端、出口端分别设有压力传感器、气体流量计，回压阀端同样设有压力传感器、气体流量计，岩心夹持器中段连接围压泵，岩心夹持器和中间容器位于恒温箱中，该方法依次包括以下步骤：

(1)测量岩心的长度L、直径d、岩心孔隙度

将岩样清洗、烘干、抽真空后放入地层水中饱和24h，使实验气体通过地层水加湿后进入中间容器；

(2)将岩心放入岩心夹持器中，打开装有加湿气体的中间容器，并打开驱替泵、围压泵、回压泵，调至恒压模式，缓慢给岩心建压至地层压力，建压过程中保持围压大于入口压力500psi，回压大于出口压力，然后恒温箱升温至地层温度，降低回压阀端压力低于岩心出口压力，将岩心中饱和的地层水驱出，建立岩心束缚水饱和度；

(3)开始驱替实验，驱替泵以0.2ml/min的速度恒速驱替中间容器中的加湿气体进入岩心，驱替过程中保持围压大于入口压力500psi，出口压力大于回压，驱替2PV加湿气体，当岩心入口端气体流量计、岩心出口端气体流量计、回压阀端气体流量计的示数稳定时，记录岩心入口端、岩心出口端的压力P₁、P₂和岩心入口端、岩心出口端的流量Q₁、Q₂，通过下式计算岩心在高温高压条件下的气测渗透率K_g：

其中μ为气体粘度，mP_a·s，

Z_o、Z₁、Z₂分别为回压阀端、岩心入口端、岩心出口端的气体压缩因子，

T_o、T分别为室内温度、恒温箱温度，

A为岩心横截面积，cm²；

令第一次恒速驱替后岩心的气测渗透率为K₁；

(4)以第一次恒速驱替后岩心的气测渗透率K₁为基准点，以0.1ml/min的梯度来增大驱替泵的驱替速度，驱替2PV加湿气体后，同样方法得到第二次恒速驱替后岩心的气测渗透率K₂；

(5)驱替完成后，回到基准点，重复步骤(4)，得到第i次恒速驱替后岩心的气测渗透率K_i；

(6)根据以下公式计算不同驱替速度驱替后所对应的岩心渗透率的变化率D_i：

(7)如果第n次驱替实验时，岩心渗透率的变化率大于20％，那么第n-1次就是岩心发生速度敏感性的时刻，此时岩心入口端和岩心出口端气体的渗流速度分别为v₁和v₂，则该岩心的临界流速v介于v₁和v₂之间。

2.如权利要求1所述的考虑束缚水的高温高压气藏渗透率流速敏感性测试方法，其特征在于，气体在岩心入口端和岩心出口端的渗流速度v₁、v₂通过如下公式计算：

Images