CN112147042A - 一种基于油水循环原理测量稳态油水相渗的装置及方法 - Google Patents

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张广东
莫超平
孙大龙
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    • G—PHYSICS
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    • G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
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    • G01N15/0826—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample and measuring fluid flow rate, i.e. permeation rate or pressure change

Abstract

本发明提供了一种基于油水循环原理测量稳态油水相渗的装置及方法，包括由岩心夹持器、回压阀、液体计量管、油水比检测装置、循环泵依次首尾连接组成的循环系统；液体计量管还连接有液体计量泵，循环泵进出口连接压差计；岩心夹持器的入口端连接有真空泵、反应釜，反应釜还连接有恒压泵；液体计量管包括进液管和出液管，液体计量管内进液管管口位置低于出液管管口位置；液体计量管为细长管。本发明使用一套循环系统实现了油水比例循环，设备少、流程简单、油水比例稳定，可以准确测量稳态法油水相对渗透。

Description

一种基于油水循环原理测量稳态油水相渗的装置及方法
技术领域
本发明属于油藏油水两相渗流领域，尤其涉及一种基于油水循环原理测量稳态油水相渗的装置及方法。
背景技术
油水相对渗透率曲线是油水两相渗流特征的综合反映，是油藏数值模拟工作中最重要的基础资料之一，在油藏数值模拟中是影响产油量和含水率的重要因素之一。测试油水相对渗透率曲线的方法分为稳态法和非稳态法。稳态法是公认测试最准确的油水相渗测试方法，但由于测试时间长、装置复杂等问题而较少使用。
如申请号CN201610100034.7的专利公开了一种岩石有效渗透率测定装置及其使用方法，此方法存在的问题是油和水不能充分混合导致注入的流体在岩心中形成不同的流通通道且注入的流体的比例不稳定，因此，测得的油水相对渗透率曲线不能真实的反应油水的流动关系；目前也有装置采用油、水分别循环的方式来获取油水相对渗透率曲线，通过油循环泵、水循环泵分别控制油、水流量，可以精确控制油水比例，但该方法采用两套循环系统，装置复杂；申请号为CN201910252524.2的专利公开了一种超高温超高压稳态气水相渗测试装置及测试方法，其采用了一套循环系统实现了气、水的双循环，但是其主要利用高温高压条件下的气水互溶作用，因此可以将气、水同时按比例吸入，而对于油水混合物而言，其会自然分层，无法在液体计量管中实现自然混合并控制混合比例，因此并不适用。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于油水循环原理测量稳态油水相渗的装置及方法，本装置对现有气水相渗测试装置进行改进，液体计量管采用细长管以缩小液体计量管的横截面积，油水在液体计量管内自然分层，通过控制油水界面高度和出液管管口位置，将多余的油置于出液口管口上方不参与循环，如此便控制了参与循环的水量和油量达到了控制循环流体油水比的目的，本装置结构简单、测量准确。本发明具体方案如下：
一种基于油水循环原理测量稳态油水相渗的装置，包括由岩心夹持器、回压阀、液体计量管、油水比检测装置、循环泵依次首尾连接组成的循环系统；液体计量管还连接有液体计量泵，循环泵进出口连接压差计；岩心夹持器的入口端连接有真空泵、反应釜；反应釜为活塞容器，内置的活塞将活塞容器分为油样室和水样室；油样室、水样室均分别通过管线与岩心夹持器入口、恒压泵连通且连接管线上均设置有阀门，使得可以通过恒压泵分别将油样室内的油样、水样室内的水样注入循环系统中；液体计量管包括进液管和出液管，进液管与回压阀出口连接、出液管与检测装置连接；液体计量管为细长管，管内进液管管口位置低于出液管管口位置，出液管管口位于液体计量管底部，这避免了进入液体计量管中的液体对出液管管口上方的油相扰动(这会导致出液管管口上方油相中的油水比例一致变动，从而使得处于循环中的水量也一直波动，难以形成稳定的油水比例)，同时，液体计量管为细长管、出液管管口位于液体计量管底部，使得液体计量管内的水样完全进入循环并减少了循环死区，因此循环的水量更为稳定、测量更准确。
优选的，所述反应釜为高温高压反应釜，可以模拟地层高压高压条件。
优选的，所述测试装置还包括加热装置，用于对岩心夹持器加热。可以模拟地层高温条件，当然配套调整围压，可以实现模拟地层高温高压情况。
优选的，所述反应釜出口管线设有单流阀；防止液体倒流。
优选的，所述循环泵为蠕动泵。
一种基于油水循环原理测量稳态油水相渗的方法，包括以下步骤：
S1、实验准备：包括对实验岩心烘干后测量长度、直径、孔隙度、干重M1和水相绝对渗透率K1；选取水样和油样并分别测定其在地层温度、压力条件下的粘度；
S2、将岩心放入岩心夹持器、连接装置并标定装置的死体积V0；
S3、测量地层条件下岩心饱和水量；
系统抽真空后将反应釜中水样注入系统用于填充系统死体积、饱和岩心并配合回压阀增加系统内压，同时，利用加热装置将系统温度升至设定温度，在加内压过程中，采用逐级饱和法不断增加围压和内压，且始终保持围压高于内压3～5MPa，直到围压加至原始上覆压力、内压加至目标流体压力；打开循环泵，在设定的蠕动压差下进行循环，待循环泵流量稳定后测量系统内总的注水量V1，计算地层条件下岩心的饱和水量为V1-VO；
S4、测定地层条件下岩心束缚水量和可动水量；
S41、将步骤S3中的内压和围压缓慢释放到内压为常压、围压为3～5MPa；启动循环泵并利用反应釜中油样置换系统中的水样，水样从液体计量管底部排出；当液体计量管中界位不再变化时(视为系统管线、空腔中水已完全置换)停止循环泵，确保出液管管口位于油水界面上方的油相中并测定此时液体计量管中水量V2；利用反应釜中油样增加系统内压力，采用逐级饱和法不断增加围压和内压，直至围压加至原始上覆压力、内压加至目标流体压力；启动循环泵，在设定的蠕动压差下进行循环，待循环泵流量、油水界面均稳定后测量流量、压差以及液体计量管中水量V3；计算岩心的可动水量V3-V2、束缚水量V1-V0-V3+V2、含饱和水时的油相渗透率；
S5、岩心再次饱和水：将岩心夹持器中的岩心取出，洗油烘干后放回岩心夹持器，将围压和内压加至原始上覆压力和流体压力，向岩心中饱和相同温度压力下的地层水；
S6、测定油水相对渗透率
在液体计量管中加入油样使进液管管口与油水界面相平，降低液体计量管里油水界位高度并确保进液管管口位于油相中；启动循环泵进行油水循环，直至油水比稳定，然后根据超高静压差压变送器的压差、油水流量和油水比计算油相有效渗透率和水相有效渗透率；根据液体计量管中退出的水量计算含水饱和度；
S7、下调液体计量管中油水界面，重复步骤S6测定不同含水饱和度下的油相有效渗透率和水相有效渗透率。
优选的，所述步骤S6中降低液体计量管里油水界位高度时，油水界位下降的体积等于十分之一的可动水体积。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的测试装置，其将出液管管口设于液体计量管底部，液体计量管为细长管，油水循环时，油水界面位于出液管管口下方，因此液体计量管中水样可以完全进入循环，同时，出液管管口下方的油相也可以完全进入循环，通过控制出液管管口与油水界面的相对位置可以控制油、水的循环量，从而达到精确控制油水比例的目的；本发明采用一套循环系统实现了油水比例循环，装置简单、油水比稳定，能够精准测量通过岩心的油相渗透率和水相渗透率。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明反应釜示意图；
图3是本发明液体计量管示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明。
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可以不对其进行进一步定义和解释。
请参考图1，一种基于油水循环原理测量稳态油水相渗的装置，包括由岩心夹持器6、回压阀11、液体计量管10、油水比检测装置12、蠕动泵15依次首尾连接组成的循环系统；液体计量管10还连接有液体计量泵9，蠕动泵15进出口连接压差计14，差压计为两个压力表，可以用于测量循环系统的内压，两个内压之差即为循环系统差压；岩心夹持器6的入口端连接有真空泵1、反应釜3；反应釜3为耐高温、高压的活塞容器。
请参考图2，反应釜3内置的活塞301将活塞容器分为油样室302和水样室303；油样室 302、水样室302均分别通过管线与岩心夹持器6入口、恒压泵2连通且连接管线上均设置有阀门，使得可以通过恒压泵2分别将油样室302内的油样、水样室303内的水样注入岩心夹持器6中，具体而言，恒压泵2出口经设置有阀C的管线与油样室302连通、经设置有阀D 的管线与水样室303连通；油样室302经设置有阀门D的管线与岩心夹持器的入口管连通且该入口管上设置有单流阀4；水样室302经设置有阀门B的管线也与岩心夹持器的入口管连通。由此可知，仅打开阀C、阀A时可以将水样室303的水样注入岩心夹持器中，此时恒压泵以油样作为动力液体；仅打开阀D、阀B时可以将油样室302的水样注入岩心夹持器中。
请参考图3，液体计量管10包括进液管1001和出液管1002，进液管1001与回压阀11的出口连接、出液管1002与油水比检测装置12连接；液体计量管10为细长管，管内进液管1001管口位置低于出液管1002管口位置，出液管1002管口位于液体计量管10底部。
一种基于油水循环原理测量稳态油水相渗的方法，包括以下步骤：
S1、实验准备：包括对实验岩心烘干后测量长度、直径、孔隙度、干重和水相绝对渗透率；选取水样和油样并分别测定其在地层温度、压力条件下的粘度；
S2、将岩心放入岩心夹持器、连接装置并标定装置的死体积V0。
S3、测量地层条件下岩心饱和水量；
系统抽真空后将反应釜中水样注入系统用于填充系统死体积、饱和岩心并配合回压阀增加系统内压，同时，利用加热装置将系统温度升至设定温度100℃，在加内压过程中，采用逐级饱和法不断增加围压和内压，且始终保持围压高于内压3～5MPa，直到围压加至原始上覆压力、内压加至目标流体压力；打开循环泵，在设定的蠕动压差0.3MPa下进行循环，待循环泵流量稳定后测量系统内总的注水量V1，V1-VO计算得到地层条件下岩心的饱和水量为V1-VO；
S4、测定地层条件下岩心束缚水量和可动水量；
S41、将步骤S3中的内压和围压缓慢释放到内压为常压、围压为3～5MPa；启动循环泵并利用反应釜中油样置换系统中的水样，水样从液体计量管底部排出；当液体计量管中界位不再变化时(视为系统管线、空腔中水已完全置换)停止循环泵，确保出液管管口位于油水界面上方的油相中并测定此时液体计量管中水量V2；利用反应釜中油样增加系统内压力，采用逐级饱和法不断增加围压和内压，直至围压加至原始上覆压力、内压加至目标流体压力；启动循环泵，在设定的蠕动压差下进行循环，待循环泵流量、油水界面均稳定后测量流量、压差以及液体计量管中水量V3；计算岩心的可动水量V3-V2、束缚水量V1-V0-V3+V2、含饱和水时的油相渗透率；
S5、岩心再次饱和水：将岩心夹持器中的岩心取出，洗油烘干后放回岩心夹持器，将围压和内压加至原始上覆压力和流体压力，向岩心中饱和相同温度压力下的地层水；
S6、测定油水相对渗透率
在液体计量管中加入油样使进液管管口与油水界面相平，降低液体计量管里油水界位高度并确保进液管管口位于油相中；启动循环泵进行油水循环，直至油水比稳定，然后根据超高静压差压变送器的压差、油水流量和油水比计算油相有效渗透率和水相有效渗透率；根据液体计量管中退出的水量计算含水饱和度；
S7、下调液体计量管中油水界面，重复步骤S6测定不同含水饱和度下的油相有效渗透率和水相有效渗透率。
上述实验过程中计算得到不同含水饱和度下Sw的油水相对渗透率曲线的公式如下：
Figure BDA0002696444240000051
Figure BDA0002696444240000052
Figure BDA0002696444240000053
Figure BDA0002696444240000054
Figure BDA0002696444240000055
式中：μW为实验用水样的粘度，单位mPa·s；μo为实验用油样的粘度，单位mPa·s；L为岩心长度，单位cm；A为岩心横截面积，单位cm2；Qw为蠕动泵中水的流量，单位mL/s； Qo为蠕动泵中油的流量，单位mL/s；Q为蠕动泵总流量，单位mL/s；Δp为蠕动泵进出口两端压差，单位MPa；GWR为油水比例，无量纲；V1-V0为岩心束缚水量，单位mL；V为岩心可动水量，单位mL；Sw为岩心含水饱和度；
Figure BDA0002696444240000061
Figure BDA0002696444240000062
式中：Krw、Kro为水相、油相相对渗透率，单位mD；K1为水相绝对渗透率，单位mD； K2为束缚水条件下的油相渗透率，单位mD。
在本发明的描述中，需指出的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，不能理解为对本发明的限制。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于油水循环原理测量稳态油水相渗的装置，包括由岩心夹持器、回压阀、液体计量管、检测装置、循环泵依次首尾连接组成的循环系统；所述液体计量管还连接有液体计量泵，所述循环泵进出口连接压差计；所述岩心夹持器的入口端连接有真空泵、反应釜，反应釜还连接有恒压泵；所述液体计量管包括进液管和出液管，进液管与回压阀出口连接、出液管与检测装置连接，其特征在于：
所述检测装置为油水比检测装置；所述液体计量管为细长管；液体计量管内所述进液管管口位置低于所述出液管管口位置，所述出液管管口位于液体计量管底部；
所述反应釜为活塞容器，内置的活塞将活塞容器分为油样室和水样室；所述油样室、水样室均分别通过管线与岩心夹持器入口、恒压泵连通，且连接管线上均设置有阀门。
2.如权利要求1所述的测量稳态油水相渗的装置，其特征在于，如权利要求1所述的测量稳态油水相渗的装置，其特征在于，所述反应釜为高温高压反应釜。
3.如权利要求2所述的测量稳态油水相渗的装置，其特征在于，所述测试装置还包括加热装置，用于对岩心夹持器加热。
4.如权利要求3所述的测量稳态油水相渗的装置，其特征在于，所述循环泵为蠕动泵。
5.如权利要求4所述的测量稳态油水相渗的装置，其特征在于，所述反应釜出口管线设有单流阀。
6.一种基于油水循环原理测量稳态油水相渗的方法，使用如权利要求5所述的装置，其特征在于，包括以下步骤：
S1、实验准备：包括对实验岩心烘干后测量长度、直径、孔隙度、干重M1和水相绝对渗透率K1；选取水样和油样并分别测定其在地层温度、压力条件下的粘度；
S2、将岩心放入岩心夹持器、连接装置并标定装置的死体积V0；
S3、测量地层条件下岩心饱和水量；
系统抽真空后将反应釜中水样注入系统用于填充系统死体积、饱和岩心并配合回压阀增加系统内压，同时，利用加热装置将系统温度升至设定温度，在加内压过程中，采用逐级饱和法不断增加围压和内压，且始终保持围压高于内压3～5MPa，直到围压加至原始上覆压力、内压加至目标流体压力；打开循环泵，在设定的蠕动压差下进行循环，待循环泵流量稳定后测量系统内总的注水量V1，计算地层条件下岩心的饱和水量为V1-VO；
S4、测定地层条件下岩心束缚水量和可动水量；
S41、将步骤S3中的内压和围压缓慢释放到内压为常压、围压为3～5MPa；启动循环泵并利用反应釜中油样置换系统中的水样，水样从液体计量管底部排出；当液体计量管中界位不再变化时(视为系统管线、空腔中水已完全置换)停止循环泵，确保出液管管口位于油水界面上方的油相中并测定此时液体计量管中水量V2；利用反应釜中油样增加系统内压力，采用逐级饱和法不断增加围压和内压，直至围压加至原始上覆压力、内压加至目标流体压力；启动循环泵，在设定的蠕动压差下进行循环，待循环泵流量、油水界面均稳定后测量流量、压差以及液体计量管中水量V3；计算岩心的可动水量V3-V2、束缚水量V1-V0-V3+V2、含饱和水时的油相渗透率；
S5、岩心再次饱和水：将岩心夹持器中的岩心取出，洗油烘干后放回岩心夹持器，将围压和内压加至原始上覆压力和流体压力，向岩心中饱和相同温度压力下的地层水；
S6、测定油水相对渗透率
在液体计量管中加入油样使进液管管口与油水界面相平，降低液体计量管里油水界位高度并确保进液管管口位于油相中；启动循环泵进行油水循环，直至油水比稳定，然后根据超高静压差压变送器的压差、油水流量和油水比计算油相有效渗透率和水相有效渗透率；根据液体计量管中退出的水量计算含水饱和度；
S7、下调液体计量管中油水界面，重复步骤S6测定不同含水饱和度下的油相有效渗透率和水相有效渗透率。
7.如权利要求6所述的基于油水循环原理测量稳态油水相渗的方法，其特征在于，所述步骤S6中降低液体计量管里油水界位高度时，油水界位下降的体积等于十分之一的可动水体积。
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