CN112362558B - 一种各向异性相对渗透率测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种各向异性相对渗透率测试装置，涉及油藏开发技术领域，包括三维立方体岩心夹持器、第一泵、第三泵和第四泵，夹持器内部用于夹持立方体岩心，在夹持器上设置有三组方向相对的接口，三组方向分别对应X、Y、Z三个方向，每组接口中的一个接口作为注入口，另一个接口作为采出口；采用三维立方体岩心夹持器夹持立方体岩心样品，夹持器外壁上设置的三组方向相对的接口中，每组接口对应连接两个泵，一个泵向一个接口注入油或水，另一个泵从另一个接口采出水或油，从而实现用一个岩心样品进行相对渗透率曲线测试即可得到三维多个方向上的相对渗透率，测试过程省时省力且测试结果准确。

Description

一种各向异性相对渗透率测试装置

技术领域

本发明涉及油藏开发技术领域，特别是涉及一种各向异性相对渗透率测试装置。

背景技术

由于孔隙结构是各向异性的，两种或多种流体同时存在多孔介质中时，相对渗透率是各向异性的。1956年，Corey和Rathjens发现，具有层理结构岩石的相对渗透率具有方向性。1996年，Lincoln Paterson利用网络模型观察到平行于层理方向的相对渗透率大于垂直于层理方向的相对渗透率。1998年，M.A.Crotti等认为在垂向流为主的储层当中(重力分异流、底水锥进，气顶油藏，高低渗层交错的储层等)，垂向相对渗透率的测试非常有意义，驱替方向不同，相渗曲线形态不一致。2003年。Bondino等通过测量扩展网络模型缓冲区的气体流通量，获得了非稳态法各向异性的相对渗透率曲线。2008年，C.C.Ezeuko等通过孔隙网络模型模拟溶解气驱过程，认为存在较高重力梯度和粘滞力梯度时，相对渗透率曲线存在显著的各向异性。2011年，E,Keilegavlen等认为不同尺度上，相对渗透率都有优势流动方向，即使渗透率各向同性，相对渗透率取各向同性和各向异性的饱和度平剖面分布差异明显。2016年，Mohammad H.Sedaghat等提出一种SSSV(Steady state saturationvariation)方法来计算毛管力和粘滞力都很强的层状岩石相对渗透率，计算结果说明沿着层理方向和贯穿层理方向相对渗透率是不同的。国内也有不少学者利用数值模型、物理模型进行水驱油实验，证明了相对渗透率具有方向性。2015年-2019年，邓庆军，殷代印，朱维耀等利用微观可视化渗流物理模拟系统，真实模拟不同注采角度水驱油过程，结果显示注采角度的改变会打破原始渗流场压力平衡状态，促进各类剩余油剥离和渗流，使剩余油重新被动用，这种变化的本质是相对渗透率是各向异性的。2019年，郑文宽等通过人造微裂缝岩心油水两相相对渗透率试验表明，垂直裂缝面方向和平行裂缝面方向的油、水相对渗透率曲线存在明显差异。

目前国内外专家在不同方向钻取岩心进行了相对渗透率曲线测试，发现相对渗透率曲线应该是各向异性的。但是，采用的测试装置是传统的相对渗透率曲线测试装置，传统的相对渗透率曲线测试装置由常规岩心夹持器(如图1所示)和泵组成。传统的相对渗透率曲线测试装置，驱替方向是一维的，通过2次或3次一维驱替实验简单叠加得到各向异性相对渗透率曲线。但是，流体在岩心内部的三维立体流动并不等同于3个一维方向流动的简单叠加。传统的相对渗透率曲线测试装置不能增加或者改变驱替方向，不能直接测试得到各向异性的相对渗透率曲线，但是用同一样品做出来的测试结果才能真正反映相渗的各向异性特征。

常规岩心夹持器作为传统的相对渗透率曲线测试装置中的主要结构，有很多种类型，针对岩心开展室内实验时需要将岩心放入岩心夹持器中。目前岩心夹持器的类型有：测量声速岩心夹持器(Acoustic Velocity Core Holder)；测量储层伤害岩心夹持器(Formation Damage Core Holder)；单方向驱替岩心夹持器(HasslerType Core Holder)；核磁共振岩心夹持器(NMR/MRI Microwave Core Holder)；沿程压力监测岩心夹持器(Pressure Tapped Core Holder)；测试岩心电学性质岩心夹持器(Resistivity CoreHolder)；常规岩心夹持器(Biaxial type core holders)；X射线岩心夹持器(X-Ray CoreHolder)等。根据不同的测试实验目的，许多学者也提出了新型的岩心夹持器。YoshihiroKonno为了监测气水两相驱替实验过程中不同位置的压力梯度，在岩心夹持器外侧增加了多个单相压力检测点，并且变化了岩心夹持器的制作材料，使其能够不影响CT扫描仪器的X射线。ChenggangYin为了提高电位和电压实验的测试精度，将传统岩心夹持器压力源的数量从1个增加为2个，减少了电位和电压测试的实验环节，避免了拆卸岩心和更换流体带来的实验误差。邵东亮和肖想松为了测试钻完井工作液对储层渗透率的伤害，设计平面径向岩心夹持器，改变了常规岩心夹持器的流体渗流方式，丰富了储层保护实验的实验手段。潘昊为了增加常规岩心夹持器的密封性，采用了环抱式密封的方式，缩短了实验测试时间，提高了渗透率测试的精度。在微观驱替实验领域，众多学者根据核磁共振和CT扫描的设备要求，研发出了直径较小的小型岩心夹持器，能够监测到孔喉尺度的油水运动规律。但是上述常规岩心夹持器均为一维岩心夹持器，即图1中(a)部分所示的结构，圆柱形岩心样品外套设圆柱形橡胶套，放入圆柱形岩心夹持器中，圆柱形橡胶套与圆柱形岩心夹持器外壳之间形成圆柱形腔体，通过圆柱形接口向圆柱形腔体内加压，只能通过圆柱形岩心夹持器的一端注、另一端采，只能每次测试一个方向上钻取的岩心样品，即图1中(b)部分所示的岩心样品，测试其他方向上钻取的岩心需要在相应的方向钻取对应的岩心样品，这不仅导致相对渗透率曲线测试过程非常麻烦，而且测试结果也不准确，因为每次测试的并不是同一岩心样品。

综上，现有夹持器只能一进一出，不能增加或者改变驱替方向，常规岩心夹持器不能直接测试得到各向异性的相对渗透率曲线。然而用同一样品做出来的测试结果才能真正反应孔隙结构的各向异性及相渗的各向异性特征。因此，本领域亟需一种新型各向异性相对渗透率测试装置，从而实现用一个岩心样品进行相对渗透率曲线测试即可得到三维多个方向上的相对渗透率，测试过程省时省力且测试结果准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种各向异性相对渗透率测试装置，从而实现用一个岩心样品进行相对渗透率曲线测试即可得到三维多个方向上的相对渗透率，测试过程省时省力且测试结果准确。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种各向异性相对渗透率测试装置，所述装置包括：

三维立方体岩心夹持器，内部用于夹持立方体岩心，在所述三维立方体岩心夹持器上设置有三组方向相对的接口，三组方向分别对应X、Y、Z三个方向，每组接口中的一个接口作为注入口，另一个接口作为采出口；

第一泵，与所述三维立体岩心夹持器连接，用于向腔体中注入水，以排出所述腔体内的初始气体，同时为所述立方体岩心提供水压；所述腔体为所述立方体岩心的外壁与所述三维立方体岩心夹持器的内壁之间形成的缝隙；

第三泵，与任意一个注入口连接，用于通过所述注入口向所述立方体岩心中注入油，并在所述立方体岩心达到饱和油状态后，不断注入水；

第四泵，与所述第三泵连接的所述注入口对应的采出口连接，用于在所述立方体岩心达到饱和油状态前，通过所述采出口从所述立方体岩心中采出水，在所述立方体岩心达到饱和油状态后，从所述立方体岩心中采出油，以对所述立方体岩心分别进行X、Y、Z三个方向上的异性相对渗透率测试。

可选地，所述三维立方体岩心夹持器包括：

筒体，内部用于放置所述立方体岩心，侧面上设置有两组方向相对的接口，两个底面上设置有一组方向相对的接口；

方形胶套，设置于所述筒体的中间位置，用于套设在所述立方体岩心的侧面上；所述方形胶套的侧面上设置有两组方向相对的接口，与所述筒体的侧面上设置的两组方向相对的接口对应，所述方形胶套的底面上设置有一组方向相对的接口，与所述筒体的底面上设置的一组方向相对的接口对应；所述方形胶套的每个接口的外壁与对应的所述筒体的每个接口的内壁相互贴合；

岩心塞，设置于所述方形胶套的每个接口中，用于将所述立方体岩心固定于所述方形胶套中；所述岩心塞中间设置有通道，所述通道分别连接所述第三泵和所述第四泵。

可选地，所述方形胶套包括空心长方体胶套和两圆柱形胶套；

两所述圆柱形胶套分别设置于所述空心长方体胶套的两端；

所述空心长方体胶套仅包括四个侧面，且每个侧面的长和宽均相同；所述空心长方体胶套的每个侧面均设置有一个空心圆柱形接口；

所述圆柱形胶套的外壁与所述筒体的内壁相互贴合；所述空心长方体胶套的两端贯穿两所述圆柱形胶套，使所述圆柱形胶套形成中空结构。

可选地，所述筒体的侧面上设置有贯穿所述腔体的两个通孔，其中一个所述通孔与所述第一泵连接，所述第一泵通过所述通孔向所述腔体中注入水；另一个所述通孔用于排出所述腔体内的所述初始气体，直至排出水为止。

可选地，所述岩心塞为方形岩心塞或圆柱形岩心塞；所述圆柱形岩心塞设置于所述方形胶套的侧面上的两组方向相对的接口中；所述方形岩心塞设置于所述方形胶套的底面上的一组方向相对的接口中。

可选地，所述三维立方体岩心夹持器还包括：

测点筒套，套设于所述筒体的侧面上设置的两组方向相对的接口上，用于使所述圆柱形岩心塞穿过所述测点筒套分别与所述第三泵和所述第四泵连接；

测点密封圈，套设于所述圆柱形岩心塞未与所述立方体岩心接触的一端，用于使所述腔体保持密封状态；

测点密封压环，套设于所述测点密封圈外，用于使所述腔体保持密封状态；

测点压帽，套设于所述测点筒套外，用于固定所述测点筒套。

可选地，所述三维立方体岩心夹持器还包括：

轴套，套设于所述方形岩心塞外，用于密封所述方形岩心塞；

封头，套设于所述轴套外，用于密封所述方形岩心塞；

胶套密封圈和封头密封圈，均套设于所述封头外，均用于密封所述方形岩心塞。

可选地，所述三维立方体岩心夹持器还包括：

第一螺母，通过螺纹装在所述筒体上，通过定位钢球与所述封头连接，用于通过螺纹控制所述封头进入所述筒体的距离，使所述封头固定在所述方形胶套的外檐处；

第二螺母，通过螺纹装在所述第一螺母上，用于固定所述第一螺母并调整所述立方体岩心，使所述立方体岩心位于所述方形胶套的中心位置。

可选地，所述三维立方体岩心夹持器还包括：

托架，卡接在所述筒体的侧面上，用于托起所述筒体。

可选地，所述三维立方体岩心夹持器还包括：

底座，设置于所述托架的底部，用于固定并支撑所述托架。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开的各向异性相对渗透率测试装置，采用三维立方体岩心夹持器夹持立方体岩心样品，三维立方体岩心夹持器外壁上设置三组方向相对的接口，每组接口对应连接两个泵，一个泵向一个接口注入油或水，另一个泵从另一个接口采出水或油，从而实现用一个岩心样品进行相对渗透率曲线测试即可得到三维多个方向，即XYZ三个方向上的相对渗透率，测试过程省时省力且测试结果准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有传统一维岩心夹持器结构及岩心样品示意图；

图2为本发明各向异性相对渗透率测试装置实施例的结构示意图；

图3为本发明三维立方体岩心夹持器正面剖面图；

图4为本发明三维立方体岩心夹持器侧面剖面图；

图5为本发明方形胶套示意图；

图6为本发明方形岩心塞示意图；

图7为应用本发明各向异性相对渗透率测试装置的各向异性相对渗透率测试系统；

图8为非稳态法各向异性动态相对渗透率测试方法流程图；

图9为稳态法各向异性动态相对渗透率测试方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种各向异性相对渗透率测试装置，从而实现用一个岩心样品进行相对渗透率曲线测试即可得到三维多个方向上的相对渗透率，测试过程省时省力且测试结果准确。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图2为本发明各向异性相对渗透率测试装置实施例的结构示意图，参见图2，该各向异性相对渗透率测试装置包括三维立方体岩心夹持器201、第一泵202、第三泵204和第四泵205。

所述三维立方体岩心夹持器201内部用于夹持立方体岩心，在所述三维立方体岩心夹持器201上设置有三组方向相对的接口206，三组方向分别对应X、Y、Z三个方向，每组接口206中的一个接口206作为注入口，另一个接口206作为采出口。

所述第一泵202与所述三维立体岩心夹持器201连接，所述第一泵202用于向腔体中注入水，以排出所述腔体内的初始气体，同时为所述立方体岩心提供水压；所述腔体为所述立方体岩心的外壁与所述三维立方体岩心夹持器201的内壁之间形成的缝隙。所述腔体为一连通区域，腔体保证密封以加压。

所述第三泵204与任意一个注入口连接，所述第三泵204用于通过所述注入口向所述立方体岩心中注入油，并在所述立方体岩心达到饱和油状态后，不断注入水。

所述第四泵205与所述第三泵204连接的所述注入口对应的采出口连接，所述第四泵205用于在所述立方体岩心达到饱和油状态前，通过所述采出口从所述立方体岩心中采出水，在所述立方体岩心达到饱和油状态后，从所述立方体岩心中采出油，以对所述立方体岩心分别进行X、Y、Z三个方向上的异性相对渗透率测试。第一泵202、第三泵204和第四泵205的泵参数均包括压力和速度，泵功能均包括在入口注入，在出口采出。

采用本发明各向异性相对渗透率测试装置进行驱替实验时，将立方体岩心洗净、烘干，放入各向异性相对渗透率测试装置，通过六个接口206中的一个孔或多个孔注油，达到饱和油状态，达到饱和油状态的时刻为所述第四泵205开始采出油的时刻，然后注水驱油，通过六个接口206中的一个孔或多个孔注水，观察出口的流速和油量，记录时间和量，计算得到速度，进而得到相对渗透率曲线。测试X、Y、Z三个方向的相对渗透率时，X、Y、Z三个方向的判断是根据岩心的结构定义，如岩心的横向为哪一方向，纵向为哪一方向，纹路方向为哪一方向。

图3为本发明三维立方体岩心夹持器正面剖面图，图4为本发明三维立方体岩心夹持器侧面剖面图。参见图3和图4，该三维立方体岩心夹持器包括调节第二螺母1、第一螺母2、筒体3、定位钢球4、封头密封圈5、封头6、胶套密封圈7、测点密封压环8、测点密封圈9、测点筒套10、测点压帽11、方形胶套12、岩心塞16、托架17、底座18、轴套19和覆压阀门21。该三维立方体岩心夹持器框架由筒体3、托架17和底座18组成，其中核心部分为筒体3内部设计。

所述筒体3内部用于放置所述立方体岩心24，侧面上设置有两组方向相对的接口206，两个底面上设置有一组方向相对的接口206。筒体3为刚性圆柱体，两端开口，筒体的中间位置顶部和底部均开设一个圆孔，所述圆孔用于在筒体3中间位置，垂直筒体3的面上，设置相互正交的4个测点筒套10(如图4所示)，统称这四个测点筒套(大测点筒套)10为侧面大测点筒套。侧面大测点筒套均设置在筒体3上。

所述方形胶套12设置于所述筒体3的中间位置，所述方形胶套12用于套设在所述立方体岩心24的侧面上；所述方形胶套12的侧面上设置有两组方向相对的接口206，与所述筒体的侧面上设置的两组方向相对的接口206对应，所述方形胶套12的底面上设置有一组方向相对的接口206，与所述筒体3的底面上设置的一组方向相对的接口206对应；所述方形胶套12的每个接口206的外壁与对应的所述筒体3的每个接口206的内壁相互贴合。

所述岩心塞16设置于所述方形胶套12的每个接口206中，所述岩心塞16用于将所述立方体岩心24固定于所述方形胶套12中；所述岩心塞16中间设置有通道，所述通道分别连接所述第三泵204和所述第四泵205。所述第三泵204和所述第四泵205通过所述通道向所述立方体岩心注油、注水。

图5为本发明方形胶套示意图。参见图5，所述方形胶套12包括空心长方体胶套501和两圆柱形胶套502。

两所述圆柱形胶套502分别设置于所述空心长方体胶套501的两端。

所述空心长方体胶套501仅包括四个侧面，且每个侧面的长和宽均相同；所述空心长方体胶套501的每个侧面均设置有一个空心圆柱形接口503。

所述圆柱形胶套502的外壁与所述筒体3的内壁相互贴合；所述空心长方体胶套501的两端贯穿两所述圆柱形胶套502，使所述圆柱形胶套502形成中空结构。

所述筒体3的侧面上设置有贯穿所述腔体23的两个通孔301，两所述通孔301对称分布，其中一个所述通孔301与所述第一泵202连接，所述第一泵202通过所述通孔301向所述腔体23中注入水；另一个所述通孔301用于排出所述腔体内的所述初始气体，直至排出水为止。另一个所述通孔301还可以连接第二泵，由所述第二泵从所述腔体23中采出所述初始气体，直至采出水为止。所述第二泵的泵参数包括压力和速度，泵功能包括在入口注入，在出口采出。

所述岩心塞16为方形岩心塞(如图6所示)或圆柱形岩心塞；所述圆柱形岩心塞设置于所述方形胶套12的侧面上的两组方向相对的接口206中；所述方形岩心塞设置于所述方形胶套12的底面上的一组方向相对的接口206中。所述方形岩心塞的长方体部分用于顶住所述立方体岩心24，所述方形岩心塞的圆柱形部分用于通过螺丝固定。

所述测点筒套10套设于所述筒体3的侧面上设置的两组方向相对的接口206上，用于使所述圆柱形岩心塞穿过所述测点筒套10分别与所述第三泵204和所述第四泵205连接。

所述测点密封圈9套设于所述圆柱形岩心塞未与所述立方体岩心24接触的一端，所述测点密封圈9用于使所述腔体23保持密封状态。

所述测点密封压环8套设于所述测点密封圈9外，所述测点密封压环8用于使所述腔体23保持密封状态。

所述测点压帽11套设于所述测点筒套10外，所述测点压帽11用于固定所述测点筒套10。

所述轴套19套设于所述方形岩心塞外，所述轴套19用于密封所述方形岩心塞。

所述封头6套设于所述轴套19外，所述封头6用于密封所述方形岩心塞。

所述胶套密封圈7和所述封头密封圈5均套设于所述封头6外，所述胶套密封圈7和所述封头密封圈5均用于密封所述方形岩心塞。

所述第一螺母2通过螺纹装在所述筒体3上，所述第一螺母2通过定位钢球4与所述封头6连接，所述第一螺母2用于通过螺纹控制所述封头6进入所述筒体3的距离，使所述封头6固定在所述方形胶套12的外檐处。

所述第二螺母1通过螺纹装在所述第一螺母2上，所述第二螺母1用于固定所述第一螺母2并调整所述立方体岩心24，使所述立方体岩心24位于所述方形胶套12的中心位置。所述第二螺母1为调节螺母。

所述托架17卡接在所述筒体3的侧面上，所述托架17用于托起所述筒体3。

所述底座18设置于所述托架17的底部，所述底座18用于固定并支撑所述托架17。

筒体3具体结构如下：

参见图3、图4，首先将方形胶套12沿筒体3两端任意一开口装进筒体3中间位置，方形胶套12同样有左、右、上、下、前、后6个开口，方形胶套12的六个开口应与筒体3的左右开口及上、下、前、后大测点筒套对齐，恰好顶在位于方形胶套12中间的立方体岩心24上表面。以上部的大测点筒套10为例，使上部的岩心塞16穿过上部的大测点筒套10装进方形胶套12的上部开口，上部的岩心塞16进入方形胶套段应与方形胶套12内壁齐平。为保证筒体3内腔体23的密封性，上部的岩心塞16末端依次装套测点密封圈(大测点密封圈)9和测点密封压环(大测点密封压环)8。上部的大测点筒套10最外侧由测点压帽(大测点压帽)11通过大测点筒套10上的螺纹来固定。侧面其他大测点筒套10各部件连接及位置关系与上部的大测点筒套10一致，具体为：将前部的岩心塞16穿过前部的大测点筒套10，装进方形胶套12前侧开口，前部的岩心塞16进入方形胶套段应与方形胶套12内壁齐平，为保证筒体3内腔体23的密封性，前部的岩心塞16末端依次装套大测点密封圈9和大测点密封压环8；将后部的岩心塞16穿过后部的大测点筒套10，装进方形胶套12后侧开口，后部的岩心塞16进入方形胶套段应与方形胶套12内壁齐平，为保证筒体3内腔体23的密封性，后部的岩心塞16末端依次装套大测点密封圈9和大测点密封压环8；将下部的岩心塞16穿过下部的大测点筒套10，装进方形胶套12后侧开口，下部的岩心塞16进入方形胶套段应与方形胶套12内壁齐平，为保证筒体3内腔体23的密封性，下部的岩心塞16末端依次装套大测点密封圈9和大测点密封压环8。

以上是侧面大测点筒套结构，两端开口各部件结构如下：以左侧开口为例，如图3所示，第一螺母2与封头6通过定位钢球4连接，第一螺母2通过螺纹装在筒体3上，并通过螺纹控制封头6进入筒体3的距离，使其恰好固定在方形胶套12左端外檐处。为保证筒体3内腔体23的密封性，方形胶套12外檐上加装胶套密封圈7，并且封头6上也加装封头密封圈5。将左部的岩心塞16从左侧开口装入筒体3，使其穿过方形胶套12左侧开口恰好顶在立方体岩心24的左面上。轴套19套在左部的岩心塞16上，向里推至恰好卡在左部的岩心塞16和左部的封头6形成的槽里。最后将左部的第二螺母1通过螺纹装在左部的第一螺母2上，固定装置并调整岩心，使其位于方形胶套12的中心位置。以上是左侧开口各部件结构说明，右侧开口结构与左侧开口一致，具体为：右部的第一螺母2与右部的封头6通过定位钢球4连接，右部的第一螺母2通过螺纹装在筒体3上，并通过螺纹控制右部的封头6进入筒体3的距离，使其恰好固定在方形胶套12右端外檐处。为保证筒体3内腔体23的密封性，方形胶套12外檐上加装胶套密封圈7，并且右部的封头6上也加装封头密封圈5。将右部的岩心塞16从右侧开口装入筒体3，使其穿过方形胶套12右侧开口恰好顶在立方体岩心24的右面上。右部的轴套19套在右部的岩心塞16上，向里推至恰好卡在右部的岩心塞16和右部的封头6形成的槽里。最后将右部的第二螺母1通过螺纹装在右部的第一螺母2上，固定装置并调整岩心，使其位于方形胶套12的中心位置。

两个所述覆压阀门21均设置于筒体3上，位置相对，通过覆压阀门21向筒体3内腔体23注水，给实验负压创造条件，具体为：起初，两个覆压阀门21都打开，从一个覆压阀门21注水，当另外一个覆压阀门21出水时，即空气排空后，关闭出口覆压阀门21，继续向注入覆压阀门21注水，直到达到目标覆压。

该各向异性相对渗透率测试装置，其主要技术参数包括：

1、适用岩心规格：50mm×50mm×50mm；

2、驱替压力：32MPa，环压：40MPa；其中，驱替压力由外接的驱替泵(第三泵和第四泵)提供；环压及覆压由外接压力泵(第一泵和第二泵)通过向腔体23内注水加压实现；

3、工作温度：常温；

4、可满足X、Y、Z方向分别渗流。

图7为应用本发明各向异性相对渗透率测试装置的各向异性相对渗透率测试系统。参见图7，该各向异性相对渗透率测试系统包括本发明各向异性相对渗透率测试装置701、压力传感器702、六通阀703、油水分离器704、监控摄像系统705、阀706、输出液体收集器707、背压调节器(BPR)708、围压系统709、注水系统710、注油系统711、过滤器712和控制系统713。

本发明各向异性相对渗透率测试装置701中三维立方体岩心夹持器内径尺寸为5cm×5cm×5cm，对应岩心可以从全直径岩心切割得到，岩心外侧包裹橡胶套，橡胶套外设置围压腔，最外侧为耐压金属外壳。本发明三维立方体岩心夹持器共设计了3个入口和3个出口(入口和出口是相对的，根据需要变换即可)，入口和出口位置位于立方体6个侧面的面中心。可以根据实验要求，任意组合入口和出口，总共有52套组合方案，包含1入5出、2入4出、3入3出、4入2出和5入1出，最多能够测试得到52根各向异性相对渗透率曲线，可以充分表征岩心孔隙结构各向异性对流体渗流规律的影响。52套组合方案中除3入3出外，其他的方案得到的不是X，也不是Y，也不是Z方向的相对渗透率，而是注入口到产出口方向的相对渗透率。与常规相对渗透率测试方法类似，变速各向异性相渗测试方法分为稳态法和非稳态法，通过外接的驱替泵设置不同的驱替速度从而实现变速。具体实验流程见图8和图9。为了充分表征孔喉结构的各向异性，各向异性的驱替方向分为1入5出、2入4出、3入3出、4入2出和5入1出共五种情况，总共52种组合方式，详见表1。

表1 各向异性相对渗透率曲线出入口组合方式

三维立方体岩心夹持器有六个面，每个面有一个出口，按摆放的方向、按直角坐标系，六个口分别对应x⁺、x^-、y⁺、y^-、z⁺、z^-。

图8为非稳态法各向异性动态相对渗透率测试方法流程图。参见图8，非稳态法各向异性相渗测试步骤包括：

(一)准备工作：

1、样品加工：采用线切割技术将露头岩石样品按要求切割成50mm×50mm×50mm立方体岩心。

2、样品处理：浸泡、清洗岩心附着的油、水、盐等杂质，并烘干称重。

3、将岩心装入本发明各向异性相对渗透率测试装置。

(二)基础测试：

4、测试岩心孔隙度及六个方向的气测渗透率。

(三)油驱水：

5、沿x、y、z三个方向分别饱和地层水并测试三个方向的渗透率。

6、分别沿x、y、z三个方向，饱和油。用油排替岩心中的水，直到达到束缚水饱和度S_wi(记录出口端流量数据和时间；出口柱塞阀门打开，关闭入口端阀门；出口端含水率<0.1％，并且注入PV数大于10PV时，停止饱和油过程)。

7、测试三个方向束缚水条件下油相有效渗透率。

(四)判断是否是在该驱替速度下首次在该方向水驱油，若是，进行下一步，若否，变换驱替方向重复步骤6、8-10。

8、沿x方向，用水驱替样品中的油，匀速注入，10个PV(记录出口端流量数据和时间；出口端含水率>99.9％，并且注入PV数大于10PV时，停止水驱油过程)，即用水驱替岩心油至残余油饱和度状态。

9、测试x方向残余油饱和度条件下，水的有效渗透率。

10、以上步骤完成后，改变夹持器出入口，改变驱替方向(常规夹持器只有一个方向，该装置有6个接口，三个方向)。

11、重复步骤6、8-10，直到所有设计情况测试完成。

12、清洗、烘干、称量样品。

(五)计算相对渗透率。

图9为稳态法各向异性动态相对渗透率测试方法流程图。参见图9，稳态法测试步骤与非稳态法程序一致，在驱替阶段不同，非稳态法先饱和水，后饱和油，最后进行水驱。

而稳态法只需将设计好的按一定比例混合好的油水混合物注入即可，具体步骤如下：

(一)准备工作：

1、样品加工：采用线切割技术将露头岩石样品按要求切割成50mm×50mm×50mm立方体岩心。

2、样品处理：浸泡、清洗岩心附着的油、水、盐等杂质，并烘干称重。

3、将岩心装入本发明各向异性相对渗透率测试装置。

(二)基础测试：

4、测试岩心孔隙度及六个方向的气测渗透率。

(三)预处理：

5、沿x、y、z三个方向分别饱和地层水并测试三个方向的渗透率。

(四)判断是否是在该驱替速度下首次在该方向水驱油，若是，进行下一步，若否，变换驱替方向重复步骤6。

(五)注入阶段：

6、沿x方向，恒速注入一定比例的油水混合物，直到达到稳态状态结束。

7、重复步骤2、3。

8、换注设计的下一比例油水混合物，直到达到稳态状态结束。

(六)以上步骤完成后，改变夹持器出入口，改变驱替方向。

9、重复步骤6-8，直到所有设计情况测试完成。

(七)计算相对渗透率。

现有的一维岩心夹持器只能一端注一端采，只能每次测试一个方向上钻取的岩心样品，测试其他方向上的岩心需要在相应的方向钻取岩心样品，测试过程繁琐且测试结果不准确，因为每次测试并不是对同一样品进行测试。本发明针对各向异性渗流实验测试的要求，自主研发三维立方体的岩心夹持器，本发明公开的一种应用三维立方体岩心夹持器的新型各向异性相对渗透率测试装置，用一个岩心样品进行测试即可得到三维多个方向上的相对渗透率，结果准确且省时省力，解决了各向异性相对渗透率测试难题，达到了快速便捷真实有效测试各向异性相对渗透率的目的。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种各向异性相对渗透率测试装置，其特征在于，所述装置包括：

三维立方体岩心夹持器，内部用于夹持立方体岩心，在所述三维立方体岩心夹持器上设置有三组方向相对的接口，三组方向分别对应X、Y、Z三个方向，每组接口中的一个接口作为注入口，另一个接口作为采出口；

第一泵，与所述三维立体岩心夹持器连接，用于向腔体中注入水，以排出所述腔体内的初始气体，同时为所述立方体岩心提供水压；所述腔体为所述立方体岩心的外壁与所述三维立方体岩心夹持器的内壁之间形成的缝隙；所述腔体为一连通区域，腔体保证密封以加压；

第三泵，与任意一个注入口连接，用于通过所述注入口向所述立方体岩心中注入油，并在所述立方体岩心达到饱和油状态后，不断注入水；

第四泵，与所述第三泵连接的所述注入口对应的采出口连接，用于在所述立方体岩心达到饱和油状态前，通过所述采出口从所述立方体岩心中采出水，在所述立方体岩心达到饱和油状态后，从所述立方体岩心中采出油，以对所述立方体岩心分别进行X、Y、Z三个方向上的异性相对渗透率测试；

筒体，内部用于放置所述立方体岩心，侧面上设置有两组方向相对的接口，两个底面上设置有一组方向相对的接口；

方形胶套，设置于所述筒体的中间位置，用于套设在所述立方体岩心的侧面上；所述方形胶套的侧面上设置有两组方向相对的接口，与所述筒体的侧面上设置的两组方向相对的接口对应，所述方形胶套的底面上设置有一组方向相对的接口，与所述筒体的底面上设置的一组方向相对的接口对应；所述方形胶套的每个接口的外壁与对应的所述筒体的每个接口的内壁相互贴合；

岩心塞，设置于所述方形胶套的每个接口中，用于将所述立方体岩心固定于所述方形胶套中；所述岩心塞中间设置有通道，所述通道分别连接所述第三泵和所述第四泵；所述第三泵和所述第四泵通过所述通道向所述立方体岩心注油、注水。

2.根据权利要求1所述的各向异性相对渗透率测试装置，其特征在于，所述方形胶套包括空心长方体胶套和两圆柱形胶套；

两所述圆柱形胶套分别设置于所述空心长方体胶套的两端；

所述空心长方体胶套仅包括四个侧面，且每个侧面的长和宽均相同；所述空心长方体胶套的每个侧面均设置有一个空心圆柱形接口；

所述圆柱形胶套的外壁与所述筒体的内壁相互贴合；所述空心长方体胶套的两端贯穿两所述圆柱形胶套，使所述圆柱形胶套形成中空结构。

3.根据权利要求1所述的各向异性相对渗透率测试装置，其特征在于，所述筒体的侧面上设置有贯穿所述腔体的两个通孔，其中一个所述通孔与所述第一泵连接，所述第一泵通过所述通孔向所述腔体中注入水；另一个所述通孔用于排出所述腔体内的所述初始气体，直至排出水为止。

4.根据权利要求1所述的各向异性相对渗透率测试装置，其特征在于，所述岩心塞为方形岩心塞或圆柱形岩心塞；所述圆柱形岩心塞设置于所述方形胶套的侧面上的两组方向相对的接口中；所述方形岩心塞设置于所述方形胶套的底面上的一组方向相对的接口中。

5.根据权利要求4所述的各向异性相对渗透率测试装置，其特征在于，所述三维立方体岩心夹持器还包括：

测点筒套，套设于所述筒体的侧面上设置的两组方向相对的接口上，用于使所述圆柱形岩心塞穿过所述测点筒套分别与所述第三泵和所述第四泵连接；

测点密封圈，套设于所述圆柱形岩心塞未与所述立方体岩心接触的一端，用于使所述腔体保持密封状态；

测点密封压环，套设于所述测点密封圈外，用于使所述腔体保持密封状态；

测点压帽，套设于所述测点筒套外，用于固定所述测点筒套。

6.根据权利要求4所述的各向异性相对渗透率测试装置，其特征在于，所述三维立方体岩心夹持器还包括：

轴套，套设于所述方形岩心塞外，用于密封所述方形岩心塞；

封头，套设于所述轴套外，用于密封所述方形岩心塞；

胶套密封圈和封头密封圈，均套设于所述封头外，均用于密封所述方形岩心塞。

7.根据权利要求6所述的各向异性相对渗透率测试装置，其特征在于，所述三维立方体岩心夹持器还包括：

第一螺母，通过螺纹装在所述筒体上，通过定位钢球与所述封头连接，用于通过螺纹控制所述封头进入所述筒体的距离，使所述封头固定在所述方形胶套的外檐处；

第二螺母，通过螺纹装在所述第一螺母上，用于固定所述第一螺母并调整所述立方体岩心，使所述立方体岩心位于所述方形胶套的中心位置。

8.根据权利要求1所述的各向异性相对渗透率测试装置，其特征在于，所述三维立方体岩心夹持器还包括：

托架，卡接在所述筒体的侧面上，用于托起所述筒体。

9.根据权利要求8所述的各向异性相对渗透率测试装置，其特征在于，所述三维立方体岩心夹持器还包括：

底座，设置于所述托架的底部，用于固定并支撑所述托架。

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