CN112964604A - 一种考虑含水饱和度和吸附气的岩石接触角测试装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明专利公开了一种考虑含水饱和度和吸附气的岩石接触角测试装置与方法，属于石油天然气勘探开发过程中岩心分析方面的实验测试装置及方法。该装置包括供气系统、主体腔室、摄影灯光系统、注射泵及信息采集控制系统。所示方法包括：岩心建立初始含水饱和度，随后吸附气体进行接触角测试，由波义尔定律计算出岩石吸附气体的体积，分析吸附气含量对岩石接触角的影响，使得岩石接触角测试更具有真实性。本发明操作工艺方便，能够有效地解决真实条件下测试岩石接触角的问题，对后续研究致密岩石储层中液相分布行为及优化工作液具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于石油天然气勘探开发过程中岩心分析方面的实验装置及方法，具体涉及一种考虑含水饱和度和吸附气的岩石接触角测试装置与方法。
背景技术
接触角测试是研究致密岩石液相存在状态的基础。目前针对油气藏岩心接触角检测的方法是依据SY/T 5153-2007《油藏岩石润湿性测定方法》，其接触角法的机理主要是水-油-固体系统中的三相交界处，其表面能的平衡关系符合Young-Laplace方程，该方法仅能评价无吸附气状态下的岩心接触角，接触角测试仪器通常考虑温度和压力的影响，如现有专利资料库中《超高压、高温下测试接触角和界面张力的测试装置》专利号：201320792134.2，《一种测量CO2/盐水/岩石体系接触角的实验装置》专利号201510992562.3，《高温固体材料高温接触角的测试装置》专利号：201822124457.X，《一种接触角测试装置》专利号：201921228095.7，《一种顶视法测试固体材料3D接触角值的测试装置及方法》专利号：201910178457.4，《一种高温超高压油气藏流体界面张力和接触角测试装置》专利号：202010764558.2等。以及现有考虑静态接触角或动态接触角测试的专利，如《采用真实液滴法的便携式接触角测试装置》专利号为： 201120310388.7，《一种测试本征接触角的装置》专利号：201310645945.4，《接触角测量方法、接触角测量装置、生物体补缀部件检查装置以及存储介质》专利号：201480043521.3，《岩石表面静态接触角及其润湿性动态变化测试方法》专利号：201611203555.1等。
就岩心接触角测试而言，当前测试手段均未考虑致密岩石初始含水饱和度和含吸附气等情况，不能表征致密岩石真实的接触角，进而影响致密岩石润湿性测试的准确性。而原地层条件下一定含水饱和度直接影响岩石润湿性，真实致密岩石中存在的吸附气会导致固-液之间的界面能降低，引起接触角增大，与现有测试方法所得到的接触角有着较大出入。
因此，设计一种考虑含水饱和度和吸附气的岩石接触角测试装置与方法，较真实地刻画出在致密岩石液-固接触角，对于后续开展致密岩石液相分布行为的研究有着现实指导意义。
发明内容
本发明设计了一种考虑含水饱和度和吸附气的岩石接触角测试装置与方法。该装置通过模拟真实条件下考虑含水饱和度及含吸附气岩石的接触角测试，由波义尔定律计算出岩心吸附气体的体积，分析吸附气含量对岩心接触角的影响，使得岩心接触角测试更具有真实性，为室内岩心接触角测试实验提供了新的思路。本发明操作工艺方便，能够有效地解决真实条件下测试页岩接触角的问题，对后续研究致密岩石液相分布行为有着重要意义。
本发明通过以下技术方案实现：
步骤1、选取岩心，放置于烘箱烘干至重量不变，编号，测量岩心长度，直径，孔隙度和渗透率，计算其表观体积，孔隙体积；
步骤2、对岩心进行打磨、抛光后，将岩心放置于凹槽螺纹底座，放进密封腔容器内，打开恒流泵以及开启信息采集系统，测量岩心接触角θ1，将岩心取出，放置于烘箱烘干至重量不变，置于干燥瓶中待用；
步骤3、打开真空泵进行抽真空，待压力平衡后，对标准罐进行充气，待充气气压平衡后记录其初始压力，打开阀门5，待压力平衡后记录压力，计算得到密封腔体积；
步骤4、将岩心放进密封腔容器内，打开真空泵进行抽真空，打开高压恒流泵，滴定一定体积的液体，待其完全渗吸进岩心内部，建立初始含水饱和度Sw；
步骤5、对标准罐进行充气，待气压平衡后记录其初始压力，打开阀门5，待压力平衡后记录压力，计算得到岩心吸附气体体积；
步骤6、打开高压恒流泵，测量在初始含水饱和度及吸附气状态下岩心静态接触角θ2。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)在同一装置上实现孔隙体积测量、吸附气体积测量、含水饱和度建立等，减少测试条件改变引起的仪器误差；
(2)考虑一定含水饱和度下的致密岩石接触角测试。原地条件下含有一定水饱和度，这些水的存在会直接影响气-液-固三相条件下的接触角测试，甚至改变岩心润湿性；
(3)考虑含吸附气条件下的致密岩石接触角测试。原地条件下致密岩石，尤其是致密页岩、煤岩中存在的吸附气会导致固-液之间的界面能降低，引起接触角增大，本方法可以规避这些因素影响。
附图说明
图1本发明实验装置流程图；
图中：1.气源，2、3、5、20.阀门，4.压力传感器，6.密封盖，7.高压毛细管，8.单向阀， 9.外接液相，10.高压恒流泵，11.标准罐，12.岩心，13.凹槽螺纹底座，14.高清调焦摄像头， 15.密封腔，16.信息采集系统，17.光源，18.平衡支架，19.真空泵，21.圆柱卡口。
具体实施方式
步骤1、选取页岩岩心，放置于烘箱烘干至重量不变，编号，测量岩心长度(L)，直径(D)，孔隙度(Φ)和渗透率(K)，计算其表观体积(Vb)，孔隙体积(V孔)；
步骤2、对岩心进行打磨、抛光后，将岩心放置于凹槽螺纹底座，放进密封腔容器内，打开高压恒流泵以及开启信息采集系统，测量页岩岩心接触角θ1，将岩心取出，放置于烘箱烘干至重量不变，置于干燥瓶中待用；
步骤3、拧紧凹槽螺纹底座，关闭阀门2和3，打开阀门4和5，打开真空泵进行抽真空，关闭阀门20，打开阀门2，对标准罐(V1)和进气管线(V2)进行充气，待气压平衡后记录其初始压力(P1)，打开阀门5，待压力平衡后记录压力(P2)，通过公式 P1(V1+V2)＝P2(V1+V2+V3)计算得到管线连接段及密封腔容器体积(V3)，打开阀门3放空；式中P1为初始压力，kPa；P2为第一次平衡压力，kPa；V1为标准罐体积，cm3；V2为进气管线体积，cm3；V3为管线连接段及密封腔容器体积，cm3；
步骤4、将岩心放置于凹槽螺纹底座中，放进密封腔容器内，关闭阀门2和3，打开阀门 4和5，打开真空泵进行抽真空，关闭阀门5和20，打开高压恒流泵，滴定一定体积(V液) 的液体，待其完全渗吸进岩心内部，建立初始含水饱和度Sw，其中
步骤5、打开阀门2，对标准罐(V1)进行充气，待气压平衡后记录其初始压力(P3)，打开阀门5，待压力平衡后记录压力(P4)，通过公式 P3(V1+V2)＝P4(V孔+V1+V2+V3+VC-Vb-V液)计算得到岩心吸附气体体积(VC)；
式中P3为放有岩心状态下的初始压力，kPa；P4为第二次平衡压力，kPa；Vb为岩心表观体积， cm3；V孔为岩心孔隙体积，cm3，V液为渗吸液相体积，cm3；VC为岩心吸附气体体积，cm3；
步骤6、打开高压恒流泵，测量在初始含水饱和度及含吸附气状态下页岩岩心接触角θ2。
以上的具体实施方式已经结合具体参数和实施例对本发明的效果进行了详细描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，只要在不超出本发明的主旨范围内，可对实验条件及对象进行灵活的变更，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种考虑含水饱和度和吸附气的岩石接触角测试装置与方法，其装置特征在于：供气系统、主体腔室、摄影灯光系统、注射泵及信息采集控制系统；其中供气系统包括气源瓶(1)和标准罐(11)；主体密封腔室包括内螺纹钢制密封盖(6)和外螺纹钢制密封套(15)、外螺纹钢制凹槽底座以及平衡支架(18)；摄影灯光系统包括光源(17)和高速调焦式摄像头(14)；注射泵及信息采集系统包括计算机(16)、压力传感器(4)、高压恒流泵(10)、高压毛细管(7)以及外接水源(9)，其中高压毛细管(7)与螺纹钢制密封套(6)利用不锈钢管焊接相连。
2.一种考虑含水饱和度和吸附气的岩石接触角测试方法，其方法特征在于：
步骤1、选取岩心，放置于烘箱烘干至重量不变，编号，测量岩心长度，直径，孔隙度和渗透率，计算其表观体积，孔隙体积；
步骤2、将岩心进行打磨、抛光后，将岩心放置于凹槽螺纹底座，放进密封腔容器内，打开高压恒流泵以及开启信息采集系统，测量岩心接触角θ1，将岩心取出，放置于烘箱烘干至重量不变，置于干燥瓶中待用；
步骤3、打开真空泵进行抽真空，待压力平衡后，对标准罐进行充气，待充气气压平衡后记录其初始压力，打开阀门5，待压力平衡后记录压力，计算得到密封腔体积；
步骤4、将岩心放进密封腔体容器内，打开真空泵进行抽真空，打开高压恒流泵，滴定一定体积的液体，待其完全渗吸进岩心内部，建立初始含水饱和度Sw；
步骤5、对标准罐进行充气，待气压平衡后记录其初始压力，打开阀门5，待压力平衡后记录压力，计算得到岩心吸附气体体积；
步骤6、打开高压恒流泵，测量在初始含水饱和度及吸附气状态下岩心接触角θ2。
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