CN112666059A - 一种气体水合物分解过程中多孔介质气水相对渗透率的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气体水合物分解过程中多孔介质气水相对渗透率的确定方法。本发明将微观可视化方法与多相格子玻尔兹曼方法结合起来,实现了在气体水合物分解过程中对玻璃刻蚀模型中水合物分布、气水相对渗透率进行确定。本发明可以有效地在孔隙范围上对多孔介质中水合物饱和度、水合物分布以及气水相对渗透率进行测量与确定,实用性强,有助于改善研究气体水合物对储层物性影响的分析方法,为天然气水合物开发过程中的储层物性测定提供可靠的技术方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体水合物分解过程中多孔介质气水相对渗透率的确定方法,属于非常规油气藏工程与岩土工程基础物性测量技术领域。
背景技术
由于能量密度大、储量丰富、清洁环保,天然气水合物作为本世纪极具开发前景的能源,已引起世界许多国家和地区的高度关注,然而经济有效地开发天然气水合物藏是困难的。水合物作为一种固体存在于孔隙中,其在多孔介质中的分布会严重影响多相流渗流特性。气水相对渗透率作为表征多孔介质多相流渗流特性的重要参数备受关注。
大量研究表明,水合物的分布特征严重影响着水合物的渗流特性,而常规的测试实验无法获取水合物在孔隙中的分布,于此同时,由于常规相渗测试过程中无法避免水合物在孔隙中的再生成或分解问题,导致目前常规的相渗测试方法无法应用到水合物储层研究中。因此,结合微观可视化方法与多相格子玻尔兹曼方法,考虑水合物在孔隙中的微观分布,建立了一种气体水合物分解过程中多孔介质气水相对渗透率的确定方法。
发明内容
本发明基于微观可视化方法与多相格子玻尔兹曼方法提供了一种气体水合物分解过程中多孔介质气水相对渗透率的确定方法。本发明可以有效地在孔隙范围上对多孔介质中水合物饱和度、水合物分布以及气水相对渗透率进行测量与确定。
本发明提供的一种气体水合物分解过程中多孔介质气水相对渗透率的确定方法包括玻璃刻蚀模型中水合物生成与分解阶段、基于图像处理的水合物饱和度与水合物分布确定阶段以及基于多相流格子玻尔兹曼方法的气水相对渗透率确定阶段。
进一步玻璃刻蚀模型中水合物生成与分解阶段的步骤包括:
步骤1:将玻璃刻蚀模型装入相关配套设备;
步骤2:在玻璃刻蚀模型中开展气体水合物生成实验;
步骤3:在玻璃刻蚀模型中开展气体水合物分解实验;
步骤4:通过显微镜获取气体水合物分解过程中不同时刻的玻璃刻蚀模型图像,用于确定水合物在玻璃刻蚀模型孔隙中的分布。
所述相关配套设备能够确保玻璃刻蚀模型的孔隙中达到水合物生成的高压低温条件,能够确保外部气体与水注入玻璃刻蚀模型,能够通过显微镜实时观察玻璃刻蚀模型孔隙中的物质变化。
进一步基于图像处理的水合物饱和度与水合物分布确定阶段的步骤包括:
步骤1:图像分割,从图片中选择感兴趣区域(ROI),从ROI中分选原始孔隙(包含水合物)与水合物,进而确定水合物在孔隙中的分布位置,分别统计RIO中原始孔隙与水合物的所占图像像素点的总数,计算水合物饱和度,
水合物饱和度量计算公式EQ1:
式中,Sh为水合物饱和度,Nh为ROI中水合物所占图像像素点的总数,Np0为ROI中孔隙所占图像像素点的总数;
步骤2:图像数据转化,将ROI图像转换为m行n列矩阵(aij)m×n进行存储,i与j用于定位图像像素点的位置,如果像素点位置ij处为玻璃,将aij设为1,如果像素点位置ij处为水合物,将aij设为2,其余位置处的aij设为0,其中,
m为ROI图像长度方向上像素点总数,n为ROI图像宽度方向上像素点总数,其中,ROI图像长度方向为流体流动方向。
进一步基于多相格子玻尔兹曼方法的气水相对渗透率确定阶段的步骤包括:
步骤1:将矩阵(aij)m×n导入多相格子玻尔兹曼模型,设定含水饱和度,其取值范围为0~100%,取值数量为M,获取不同含水饱和度下流体速度分布,
含水饱和度的定义公式EQ2:
式中,Sw为含水饱和度,Nw为多相格子玻尔兹曼模型中水相节点的总数,Np为多相格子玻尔兹曼模型中孔隙节点的总数;
步骤2:计算水合物饱和度为Sh时的气水相对渗透率。
进一步计算水合物饱和度为Sh时的气水相对渗透率的步骤包括:
步骤1:根据流体速度分布,利用流量计算公式EQ3计算水合物饱和度为Sh,含水饱和度为100%时的水相流量与含气饱和度为100%时的气相流量。
流量计算公式EQ3:
式中,Qf为流体的流量,f=g或者w,g表示气相,w表示水相,uxf为格子在x方向上的速度,δx与δy分别为格子在x与y方向上的长度,Lx为多孔介质模型在流动方向上的长度。
步骤2:根据流体速度分布,利用流量计算公式EQ3计算水合物饱和度为Sh,不同流体饱和度下的水相流量与气相流量。
步骤3:根据气水相对渗透率计算公式EQ4计算不同流体饱和度下的相对渗透率,
气水相对渗透率计算公式EQ4:
式中,krf为流体f的相对渗透率,Qf(Sh,Sf)为水合物饱和度为Sh且流体f的饱和度为Sh时的流量,Qf(Sh,Sf=100%)为水合物饱和度为Sh且流体f的饱和度为100%时的流量。
应用本发明,借助微观可视化方法与多相格子玻尔兹曼方法,能够有效地对多孔介质中水合物饱和度、水合物分布以及气水相对渗透率进行实时确定,相比常规实验的高难度性与不准确性,本发明将微观实验模拟与微观计算模拟相结合,将水合物在多孔介质孔隙中的分布考虑其中,更能有效地描述气体水合物分解过程中气水相对渗透率的变化规律。
附图说明
图1是本发明一种气体水合物分解过程中多孔介质气水相对渗透率的确定方法的流程图。
图2是本发明一种气体水合物分解过程中多孔介质气水相对渗透率的确定方法具体实施示例的水合物生成与分解装置示意图
图2中,1.高压注液泵,2-1.第一高压活塞容器,2-2.第二高压活塞容器,3.围压跟踪泵,4.循环制冷器,5.显微镜,6.玻璃刻蚀模型,7.回压控制泵,8-1.第一压力传感器,8-2.第二压力传感器,9.温度传感器,10-1.第一阀门,10-2.第二阀门,11.回压阀,12.计算机,13.反应釜体。
具体实施方式
下面结合附图来进一步描述本发明。
如图1所示为一种气体水合物分解过程中多孔介质气水相对渗透率的确定方法的流程图,本发明一种气体水合物分解过程中多孔介质气水相对渗透率的确定方法的流程包括:玻璃刻蚀模型中水合物生成与分解阶段、基于图像处理的水合物饱和度与水合物分布确定阶段以及基于多相格子玻尔兹曼方法的气水相对渗透率确定阶段。
如图2所示为一种气体水合物分解过程中多孔介质气水相对渗透率的确定方法具体实施示例的水合物生成与分解装置示意图。示例装置结构主要包括:高压注液泵1、第一高压活塞容器2-1、第二高压活塞容器2-2、围压跟踪泵3、循环制冷器4、显微镜5、玻璃刻蚀模型6、回压控制泵7、第一压力传感器8-1、第二压力传感器8-2、温度传感器9、第一阀门10-1、第二阀门10-2、回压阀11、计算机12、反应釜体13。装置可以保证玻璃刻蚀模型6处于高压低温环境,用于气体水合物的生成与分解。
下面对一种气体水合物分解过程中多孔介质气水相对渗透率的确定方法的具体实施步骤加以说明:
步骤S101、玻璃刻蚀模型中水合物生成与分解阶段:
步骤1:利用循环制冷器4将反应釜体13内的温度控制在水合物生成温度,通过温度传感器9测取反应釜体13内的温度;
步骤2:利用围压跟踪泵3将玻璃刻蚀模型内外压差控制在1.5MPa,防止玻璃破碎;
步骤3:打开第一阀门10-1与第二阀门10-2,通过回压控制泵7设置回压阀11的压力为大气压,通过控制高压注液泵1将第一高压活塞容器2-1中蒸馏水缓慢注入玻璃刻蚀模型中,直至玻璃刻蚀模型的孔隙中完全饱和水;
步骤4:打开第一阀门10-1,关闭第二阀门10-2,通过控制高压注液泵1将第一高压活塞容器2-1中蒸馏水缓慢注入玻璃刻蚀模型中,将玻璃刻蚀模型中孔隙压力升至水合物生成压力,通过第一压力传感器8-1与第二压力传感器8-2检测玻璃刻蚀模型中孔隙压力;
步骤5:通过回压控制泵7设置回压阀11的压力为水合物生成压力,打开第一阀门10-1与第二阀门10-2,通过控制高压注液泵1将第二高压活塞容器2-2中气体缓慢注入玻璃刻蚀模型中,待玻璃刻蚀模型中气体含量适中时,关闭第一阀门10-1与第二阀门10-2,水合物生成实验开始,通过计算机12实时记录第一压力传感器8-1与第二压力传感器8-2压力值以及显微镜5获取的图像。
步骤6:水合物生成结束后,打开第二阀门10-2,通过回压控制泵7控制回压阀11压力降低玻璃刻蚀模型6中孔隙压力使其中的气体水合物分解,或者,关闭第一阀门10-1与第二阀门10-2,通过循环制冷器4升高玻璃刻蚀模型6周围的温度使其中的气体水合物分解。分解过程中,通过计算机12实时记录显微镜5获取的图像。
步骤S102、基于图像处理的水合物饱和度与水合物分布确定阶段:
步骤1:从显微镜5获取的图像中选择感兴趣区域(ROI),从ROI中分选原始孔隙(包含水合物)与水合物,进而确定水合物在孔隙中的分布位置,分别统计RIO中原始孔隙与水合物的所占图像像素点的总数,计算水合物饱和度,
水合物饱和度量计算公式EQ1:
式中,Sh为水合物饱和度,Nh为ROI中水合物所占图像像素点的总数,Np0为ROI中孔隙所占图像像素点的总数;
步骤2:将ROI图像转换为m行n列矩阵(aij)m×n进行存储,i与j用于定位图像像素点的位置,如果像素点位置ij处为玻璃,将aij设为1,如果像素点位置ij处为水合物,将aij设为2,其余位置处的aij设为0,其中,
m为ROI图像长度方向上像素点总数,n为ROI图像宽度方向上像素点总数,其中,ROI图像长度方向为流体流动方向。
步骤S103、基于多相格子玻尔兹曼方法的气水相对渗透率确定阶段:
步骤1:将矩阵(aij)m×n导入多相格子玻尔兹曼模型,设定含水饱和度,其取值范围为0~100%,取值数量为M,获取不同含水饱和度下流体速度分布,
含水饱和度的定义公式EQ2:
式中,Sw为含水饱和度,Nw为多相格子玻尔兹曼模型中水相节点的总数,Np为多相格子玻尔兹曼模型中孔隙节点的总数;
步骤3:计算水合物饱和度为Sh时的气水相对渗透率:
步骤3-1:根据流体速度分布,利用流量计算公式EQ3计算水合物饱和度为Sh,含水饱和度为100%时的水相流量与含气饱和度为100%时的气相流量。
流量计算公式EQ3:
式中,Qf为流体的流量,f=g或者w,g表示气相,w表示水相,uxf为格子在x方向上的速度,δx与δy分别为格子在x与y方向上的长度,Lx为多孔介质模型在流动方向上的长度。
步骤3-2:根据流体速度分布,利用流量计算公式EQ3计算水合物饱和度为Sh,不同流体饱和度下的水相流量与气相流量。
步骤3-3:根据气水相对渗透率计算公式EQ4计算不同流体饱和度下的相对渗透率,气水相对渗透率计算公式EQ4:
式中,krf为流体f的相对渗透率,Qf(Sh,Sf)为水合物饱和度为Sh且流体f的饱和度为Sh时的流量,Qf(Sh,Sf=100%)为水合物饱和度为Sh且流体f的饱和度为100%时的流量。
Claims (6)
1.一种气体水合物分解过程中多孔介质气水相对渗透率的确定方法,其特征在于,该方法包括玻璃刻蚀模型中水合物生成与分解阶段、基于图像处理的水合物饱和度与水合物分布确定阶段以及基于多相格子玻尔兹曼方法的气水相对渗透率确定阶段。所述方法能够在玻璃刻蚀模型中生成与分解气体水合物的同时,确定水合物饱和度、水合物分布以及气水相对渗透率。
2.根据权利要求1所述的一种气体水合物分解过程中多孔介质气水相对渗透率的确定方法,其特征在于,所述玻璃刻蚀模型中水合物生成与分解阶段的步骤包括:
步骤1-1:将玻璃刻蚀模型装入相关配套设备;
步骤1-2:在玻璃刻蚀模型中开展气体水合物生成实验;
步骤1-3:在玻璃刻蚀模型中开展气体水合物分解实验;
步骤1-4:通过显微镜获取气体水合物分解过程中不同时刻的玻璃刻蚀模型图像,用于确定水合物在玻璃刻蚀模型孔隙中的分布。
3.根据权利要求2所述的玻璃刻蚀模型中水合物生成与分解阶段,其特征在于,所述相关配套设备能够确保玻璃刻蚀模型的孔隙中达到水合物生成的高压低温条件,能够确保外部气体与水注入玻璃刻蚀模型,能够通过显微镜实时观察玻璃刻蚀模型孔隙中的物质变化。
4.根据权利要求1所述的一种气体水合物分解过程中多孔介质气水相对渗透率的确定方法,其特征在于,所述基于图像处理的水合物饱和度与水合物分布确定阶段的步骤包括:
步骤2-1:图像分割,从图片中选择感兴趣区域(ROI),从ROI中分选原始孔隙(包含水合物)与水合物,进而确定水合物在孔隙中的分布位置,分别统计RIO中原始孔隙与水合物的所占图像像素点的总数,利用水合物饱和度量计算公式(EQ1)确定水合物饱和度,其中,
所述水合物饱和度量计算公式(EQ1)如下:
其中,
Sh为水合物饱和度,Nh为ROI中水合物所占图像像素点的总数,Np0为ROI中孔隙所占图像像素点的总数;
步骤2-2:图像数据转化,将ROI图像转换为m行n列矩阵(aij)m×n进行存储,i与j用于定位图像像素点的位置,如果像素点位置ij处为玻璃,将aij设为1,如果像素点位置ij处为水合物,将aij设为2,其余位置处的aij设为0,其中,
m为ROI图像长度方向上像素点总数,n为ROI图像宽度方向上像素点总数,其中,
ROI图像长度方向为流体流动方向。
6.根据权利要求5所述的基于多相格子玻尔兹曼方法的气水相对渗透率确定阶段,其特征在于,所述计算水合物饱和度为Sh时的气水相对渗透率的步骤包括:
步骤4-1:根据权利要求5中步骤3-1所述的流体速度分布,利用流量计算公式(EQ3)计算水合物饱和度为Sh,含水饱和度为100%时的水相流量与含气饱和度为100%时的气相流量。
所述流量计算公式(EQ3)如下:
其中,
Qf为流体的流量,f=g或者w,g表示气相,w表示水相,uxf为格子在x方向上的速度,δx与δy分别为格子在x与y方向上的长度,Lx为多孔介质模型在流动方向上的长度。
步骤4-2:根据权利要求5中步骤3-1所述的流体速度分布,利用流量计算公式(EQ3)计算水合物饱和度为Sh,不同流体饱和度下的水相流量与气相流量。
步骤4-3:根据气水相对渗透率计算公式(EQ4)计算不同流体饱和度下的相对渗透率,其中,
气水相对渗透率计算公式(EQ4)如下:
其中,
krf为流体f的相对渗透率,Qf(Sh,Sf)为水合物饱和度为Sh且流体f的饱和度为Sh时的流量,Qf(Sh,Sf=100%)为水合物饱和度为Sh且流体f的饱和度为100%时的流量。
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