CN113433050B - 一种高温高压气-水-液硫三相相渗测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温高压气‑水‑液硫三相相渗测试装置及方法，所述测试方法包括以下步骤：模拟地层温度及压力，测定岩心电阻率与含水饱和度之间的关系，后期根据电阻率反算含水饱和度；建立束缚水，测定该条件下气相渗透率，注入气量恒定，按设定比例注入水‑液硫，通过电容式液体计量装置对水和液硫进行计量，分离出的气体用气量计进行计量；维持进出口压差稳定，记录进出口压力、气体流量、水量和液硫量、以及相应时间，计算得到气、水、液硫相对渗透率；计算含水饱和度、含液硫饱和度、含气饱和度。本发明能够模拟地层高温高压条件，并在该条件下精确计量得到水相和液硫的体积，从而获得更准确的相对渗透率。

Description

一种高温高压气-水-液硫三相相渗测试装置及方法

技术领域

本发明涉及油气田开发技术领域，特别涉及一种高温高压气-水-液硫三相相渗测试装置及方法。

背景技术

有水高温高压高含硫气藏进入开发中后期，随着水体锥进并发生液态硫沉积后，存在高温高压条件下的气-水-液硫三相渗流。在这类气藏的开发中，气-水-液硫三相相渗曲线的测定十分必要，它能够精细描述多孔介质中的多相渗流特征，是制定开发方案的重要依据。

然而，目前对于高温高压气-水-液硫三相相渗的实验评价方法尚未见到公开报道。现有技术关于液硫的仅对气液硫两相相渗做出了探索，但计量方式等存在重大缺陷，无法精确计量气水液硫的量。现有技术关于三相渗流的，无法进行气-水-液硫三相相渗测试，其一是不能满足温度压力上的需求，其二是计量方式有别，不能实现对气水液硫的精确计量等。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种高温高压气-水-液硫三相相渗测试装置及方法。

本发明的技术方案如下：

一方面，提供一种高温高压气-水-液硫三相相渗测试装置，包括注入系统、岩心夹持器、回压系统、计量系统、地层模拟系统，所述岩心夹持器采用电阻率岩心夹持器；

所述注入系统包括并列设置的气相中间容器、水相中间容器、液硫中间容器，所述气相中间容器、水相中间容器、液硫中间容器的输入端分别与输入泵一、输入泵二、输入泵三的输出端相连，且相连的管路上分别设有阀门一、阀门二、阀门三；所述气相中间容器、水相中间容器、液硫中间容器的输出端分别与六通阀的三个入口相连，且相连的管路上分别设有阀门四、阀门五、阀门六；所述六通阀的出口与所述岩心夹持器的输入端相连；

所述回压系统包括依次相连的回压泵、回压中间容器、回压阀，所述回压阀的输入端与所述岩心夹持器的输出端相连；所述回压阀与所述回压中间容器之间的管路上设有阀门七，所述回压中间容器与所述回压泵之间的管路上设有阀门八；

所述计量系统包括数字电桥仪、电容式液体计量装置、气量计、压力传感器、压力表、数据采集系统；所述数字电桥仪的两个输入端分别与所述岩心夹持器的输入端和输出端相连；所述电容式液体计量装置的输入端与所述回压阀的另一个输出端相连，且相连的管路上设有阀门九，所述电容式液体计量装置用于计量所述岩心夹持器输出的水相体积与液硫体积；所述气量计与所述电容式液体计量装置的内顶部相连，用于计量气相的流量；所述压力传感器包括分别设置在所述岩心夹持器输入端和输出端的压力传感器一和压力传感器二；所述压力表包括设置在所述六通阀上的压力表一和设置在所述回压泵与所述回压中间容器相连管路上的压力表二；所述数字电桥仪、电容式液体计量装置、气量计、压力传感器、压力表分别与所述数据采集系统相连；

所述地层模拟系统包括恒温箱和围压泵，所述围压泵的输出端与所述岩心夹持器的围压输入端相连；所述气相中间容器、水相中间容器、液硫中间容器、六通阀、压力表一、岩心夹持器、回压阀、电容式液体计量装置均设置在所述恒温箱内。

作为优选，所述电容式液体计量装置设有视窗及刻度，通过所述视窗及刻度计量液硫的体积，通过所述电容式液体计量装置测得的电容计量水相的体积。

作为优选，所述阀门一和所述阀门四、所述阀门二和所述阀门五、阀门三和所述阀门六分别靠近所述气相中间容器、水相中间容器、液硫中间容器方向设置。

作为优选，所述阀门四与所述六通阀之间设有向所述六通阀方向流通的单向阀。

作为优选，所述单向阀靠近所述六通阀方向设置。

作为优选，所述水相中间容器中的水源为模拟地层水，所述气相中间容器中的气源为天然气，所述回压中间容器中的气源为氮气。

另一方面，还提供一种高温高压气-水-液硫三相相渗测试方法，采用上述任意一项所述的高温高压气-水-液硫三相相渗测试装置进行测试，包括以下步骤：

S1：清洗所述测试装置中的设备与管线；

S2：准备岩心，对其进行清洗、烘干处理，测量处理后岩心的干重、长度、直径、孔隙度，对所述岩心进行抽真空处理后置入所述岩心夹持器中；

S3：将水相、液硫、气相分别置于所述水相中间容器、液硫中间容器、气相中间容器之中，开启所述恒温箱，模拟液硫存在时的地层温度；

S4：关闭阀门四、阀门六、阀门七、阀门九，打开阀门二和阀门五，开启所述输入泵二，对所述岩心进行饱和地层水处理；

S5：打开阀门七、阀门九，开启所述围压泵加围压；关闭阀门五，打开阀门一、阀门四，开启所述输入泵一，进行气体驱地层水，建立束缚水后驱替结束；记录过程中所述数字电桥仪的电阻率读数，通过所述电容式液体计量装置获得水量的变化，计算不同电阻率对应的含水饱和度，并获得岩心电阻率与含水饱和度之间的关系；

S6：增大围压泵输出的围压，模拟液硫存在时的地层压力；

S7：在束缚水饱和度条件下测定气相渗透率，使所述输入泵一在恒压条件下进行气相驱替，利用所述回压泵控制回压，使所述岩心夹持器两端的压差维持相对稳定，待所述岩心夹持器出口端的气相流量稳定后，记录气体流量，获得所述束缚水饱和度条件下的气相渗透率；

S8：维持注入气压恒定，打开所述阀门二、阀门五、阀门三、阀门六，开启所述输入泵二和所述输入泵三，注入不同比例的水-液硫；记录各时刻的岩心夹持器进出口的压力，利用所述电容式液体计量装置测得的水相体积和液硫体积，利用所述气量计测得的气相流量；计算水相流量和液硫流量；

S9：计算各时刻气相、水相、液硫的相对渗透率；

S10：关闭所述输入泵一、输入泵二、输入泵三，关闭所述阀门四、阀门五、阀门六，利用所述数字电桥仪测得此时的电阻，根据步骤S5获得的岩心电阻率与含水饱和度之间的关系，计算此时的含水饱和度；计算此时的含液硫饱和度；根据此时的含水饱和度和含硫饱和度计算含气饱和度。

作为优选，步骤S9中，各时刻液硫的相对渗透率通过下式进行计算：

式中：K_rs为液硫相对渗透率，mD；K_s为液硫有效渗透率，mD；K_g(S_wi)为束缚水饱和度条件下的气相渗透率，mD；Q_s为模拟地层温度压力下的液硫流量，cm³/s；μ_s为液硫的粘度，mPa·s；L为岩心长度，cm；A为岩心横截面积，cm²；P₁为岩心夹持器入口端压力，MPa；P₂为岩心夹持器出口端压力，MPa；

当T＜160.52℃时：

μ_s＝c₁×c₂/(1+c₂×T)+c₃×c₄/(1+c₄×T) (3)

式中：T为温度；系数c₁-c₄的取值为：c₁＝1333.84363863，c₂＝0.095193，c₃＝2.01058245，c₄＝0.0061345；

当160.52℃≤T≤186.291℃时：

μ_s＝c₁+c₂×T+c₃×T^0.5+c₄×ln(T)/T+c₅/T^1.5 (4)

式中：系数c₁-c₅的取值为：c₁＝-125617276.61679，c₂＝-200089.38469854，c₃＝9028219.48139348，c₄＝1812716721.4692，c₅＝-28468556595.6022；

当186.291℃＜T≤320℃时：

μ_s＝c₁×(T²+T×c₂)/(T²+T×c₃+c₄) (5)

式中：系数c₁-c₄的取值为：c₁＝-39.28356312，c₂＝-334.40757909，c₃＝-376.02686847，c₄＝36485.40525701。

作为优选，步骤S10中，所述含液硫饱和度通过下式进行计算：

式中：S_s为含液硫饱和度；V_sl为注入液硫的体积，cm³；V_s为步骤S8测得的液硫体积，cm³；V_gx为六通阀后至回压阀前管线的内体积，cm³；V_w为步骤S8测得的水相体积，cm³；V_p为岩心孔隙体积，cm³；L_gx为六通阀后至回压阀前管线的长度，cm；d为管线的内径，cm；V₀为回压阀的死体积，cm³。

作为优选，步骤S10中，所述含气饱和度通过下式进行计算：

S_g＝1-S_w-S_s (8)

式中：S_g为含气饱和度；S_w为含水饱和度；S_s为含液硫饱和度。

本发明的有益效果是：

本发明能够科学精确地认识多孔介质中气-水-液硫三相渗流特征，并为相关气田开发制定开发方案提供基础依据；本发明采用的计量系统，能够使硫保持液态的情况下对气-水-液硫实现计量，且计量免受热气流的扰动，从而稳定性好，继而能够获取准确的计量结果；本发明实验过程中一直模拟液硫存在时的地层温度，如此使得液硫全流程控制在凝固点之上，避免发生大量吸附及堵塞，重复性好；本发明数据处理简单，可以避免数据处理方法模型复杂造成的多解性。

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，下面将对实施例或现有技术描述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为本发明高温高压气-水-液硫三相相渗测试装置的结构示意图；

图2为高温高压气-水-液硫三相相渗测试方法中液硫粘度随温度变化的示意图；

图3为高温高压气-水-液硫三相相渗测试方法一个具体实施例的测试结果示意图。

图中标号：1-岩心夹持器、2-气相中间容器、3-水相中间容器、4-液硫中间容器、5-输入泵一、6-输入泵二、7-输入泵三、8-六通阀、9-回压泵、10-回压中间容器、11-回压阀、12-数字电桥仪、13-电容式液体计量装置、14-气量计、15-数据采集系统、16-压力传感器一、17-压力传感器二、18-压力表一、19-压力表二、20-恒温箱、21-围压泵、22-单向阀、23-压力显示器一、24-压力显示器二、A-阀门一、B-阀门二、C-阀门三、D-阀门四、E-阀门五、F-阀门六、G-阀门七、H-阀门八、I-阀门九。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。本发明公开使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

一方面，如图1所示，本发明提供一种高温高压气-水-液硫三相相渗测试装置，包括注入系统、岩心夹持器1、回压系统、计量系统、地层模拟系统，所述岩心夹持器1采用电阻率岩心夹持器；

所述注入系统包括并列设置的气相中间容器2、水相中间容器3、液硫中间容器4，所述气相中间容器2、水相中间容器3、液硫中间容器4的输入端分别与输入泵一5、输入泵二6、输入泵三7的输出端相连，且相连的管路上分别设有阀门一A、阀门二B、阀门三C；所述气相中间容器2、水相中间容器3、液硫中间容器4的输出端分别与六通阀8的三个入口相连，且相连的管路上分别设有阀门四D、阀门五E、阀门六F；所述六通阀8的出口与所述岩心夹持器1的输入端相连；

所述回压系统包括依次相连的回压泵9、回压中间容器10、回压阀11，所述回压阀11的输入端与所述岩心夹持器1的输出端相连；所述回压阀11与所述回压中间容器10之间的管路上设有阀门七G，所述回压中间容器10与所述回压泵9之间的管路上设有阀门八H；

所述计量系统包括数字电桥仪12、电容式液体计量装置13、气量计14、压力传感器、压力表、数据采集系统15；所述数字电桥仪12的两个输入端分别与所述岩心夹持器1的输入端和输出端相连；所述电容式液体计量装置13的输入端与所述回压阀11的另一个输出端相连，且相连的管路上设有阀门九I，所述电容式液体计量装置13用于计量所述岩心夹持器1输出的水相体积与液硫体积；所述气量计14与所述电容式液体计量装置13的内顶部相连，用于计量气相的流量；所述压力传感器包括分别设置在所述岩心夹持器1输入端和输出端的压力传感器一16和压力传感器二17；所述压力表包括设置在所述六通阀8上的压力表一18和设置在所述回压泵9与所述回压中间容器10相连管路上的压力表二19；所述数字电桥仪12、电容式液体计量装置13、气量计14、压力传感器、压力表分别与所述数据采集系统15相连；

所述地层模拟系统包括恒温箱20和围压泵21，所述围压泵21的输出端与所述岩心夹持器1的围压输入端相连；所述气相中间容器2、水相中间容器3、液硫中间容器4、六通阀8、压力表一18、岩心夹持器1、回压阀11、电容式液体计量装置13均设置在所述恒温箱20内。

在一个具体的实施例中，为了更好的实现恒速或恒压输入，所述输入泵一5、输入泵二6、输入泵三7均采用平流泵，从而使注入能够更精准地控制。所述平流泵的输入端与平流泵工作液储罐相连。

在一个具体的实施例中，所述电容式液体计量装置13设有视窗及刻度，通过所述视窗及刻度计量液硫的体积，通过所述电容式液体计量装置13测得的电容计量水相的体积。

在一个具体的实施例中，所述阀门一A和所述阀门四D、所述阀门二B和所述阀门五E、阀门三C和所述阀门六F分别靠近所述气相中间容器2、水相中间容器3、液硫中间容器4方向设置。所述阀门四D与所述六通阀8之间设有向所述六通阀8方向流通的单向阀22，所述单向阀22靠近所述六通阀8方向设置。

在一个具体的实施例中，所述水相中间容器3中的水源为模拟地层水，所述气相中间容器2中的气源为天然气，所述回压中间容器10中的气源为氮气。所述液硫中间容器4中的液硫通过硫粉加热制备成液态硫，然后置入所述液硫中间容器4中。

在一个具体的实施例中，所述压力传感器一16和所述压力传感器二17分别与压力显示器一23、压力显示器二24相连，所述压力显示器一23和所述压力显示器二24分别与所述数据采集系统15相连，所述数据采集系统15为计算机。

需要说明的是，本发明所述高温高压气-水-液硫三相相渗测试装置中的各部件，例如岩心夹持器、中间容器、输入泵、回压泵、回压阀、数字电桥仪、电容式液体计量装置、气量计、压力传感器等等均为现有技术，具体结构在此不再赘述。

另一方面，还提供一种高温高压气-水-液硫三相相渗测试方法，采用上述任意一项所述的高温高压气-水-液硫三相相渗测试装置进行测试，包括以下步骤：

S1：清洗所述测试装置中的设备与管线；

S2：准备岩心，对其进行清洗、烘干处理，测量处理后岩心的干重、长度、直径、孔隙度，对所述岩心进行抽真空处理后置入所述岩心夹持器1中；

S3：将水相、液硫、气相分别置于所述水相中间容器3、液硫中间容器4、气相中间容器2之中，开启所述恒温箱20，模拟液硫存在时的地层温度；

S4：关闭阀门四D、阀门六F、阀门七G、阀门九I，打开阀门二B和阀门五E，开启所述输入泵二6，对所述岩心进行饱和地层水处理；

S5：打开阀门七G、阀门九I，开启所述围压泵21加围压；关闭阀门五E，打开阀门一A、阀门四D，开启所述输入泵一5，进行气体驱地层水，建立束缚水后驱替结束；记录过程中所述数字电桥仪12的电阻率读数，通过所述电容式液体计量装置13获得水量的变化，计算不同电阻率对应的含水饱和度，并获得岩心电阻率与含水饱和度之间的关系；

在一个具体的实施例中，所述含水饱和度通过下式进行计算：

式中：S_w为岩心含水饱和度；V_p为岩心孔隙体积，cm³；V_w'为驱替出的水在地面条件下的体积，cm³；B_w为水样原始体积系数，通过PVT测试仪测定；D为岩心直径，cm；L为岩心长度，cm；φ为岩心孔隙度。

所述岩心电阻率与含水饱和度之间的关系为：

式中：b为与岩性有关的常数；R₀为岩心100％饱和地层水时的电阻率，Ω·m；R₁为岩心在不同含水饱和度时的电阻率，Ω·m；n为饱和度指数；所述饱和度指数和与所述岩性有关的常数根据所测不同含水饱和度及对应电阻率得到。

S6：增大围压泵21输出的围压，模拟液硫存在时的地层压力；

S7：在束缚水饱和度条件下测定气相渗透率，使所述输入泵一5在恒压条件下进行气相驱替，利用所述回压泵9控制回压，使所述岩心夹持器1两端的压差维持相对稳定，待所述岩心夹持器1出口端的气相流量稳定后，记录气体流量，获得所述束缚水饱和度条件下的气相渗透率；

在一个具体的实施例中，所述束缚水饱和度条件下的气相渗透率通过下式进行计算：

式中：K_g(S_wi)为束缚水饱和度条件下的气相渗透率，mD；P₀为大气压力，MPa；Q_g为大气压下气体的体积流量，即岩心夹持器出口气体流量，cm³/s；μ_g为地层条件下气体粘度，mPa·s；A为岩心横截面积，cm²；P₁为岩心夹持器入口端压力，MPa；P₂为岩心夹持器出口端压力，MPa。

S8：维持注入气压恒定，打开所述阀门二B、阀门五E、阀门三C、阀门六F，开启所述输入泵二6和所述输入泵三7，注入不同比例的水-液硫；记录各时刻的岩心夹持器1进出口的压力，利用所述电容式液体计量装置13测得的水相体积和液硫体积，利用所述气量计14测得的气相流量；计算水相流量和液硫流量；

在一个具体的实施例中，所述水相流量和液硫流量分别通过下式进行计算：

式中：Q_w为模拟地层温度压力下的水流量，cm³/s；V_w为模拟地层温度压力下水的体积，cm³；t为计量时对应时间，s；Q_s为模拟地层温度压力下的液硫流量，cm³/s；V_s为模拟地层温度压力下液硫的体积，cm³；B_s为液硫原始体积系数，通过PVT测试仪测定。

S9：计算各时刻气相、水相、液硫的相对渗透率；

在一个具体的实施例中，计算各时刻气相、水相、液硫的相对渗透率具体包括以下子步骤：

S91：计算各时刻气相有效渗透率：

μ_g1＝(1.709×10^-5-2.062×10^-6γ_g)(1.8T+32)+8.188×10^-3-6.15×10^-3lgγ_g(17)

式中：K_g为气相有效渗透率，mD；μ_gl为在大气压和任意温度下的天然气粘度，mPa·s；T_pr为任意温度，℃；p_pr为T_pr条件下的压力，MPa；A₀-A₁₅为系数，取值如表1所示：

表1系数A₀-A₁₅的取值

A0＝2.46211820	A1＝2.97054714	A2＝0.286264054	A3＝0.00805420522
				A4＝2.80860949	A5＝3.49803305	A6＝0.360373020	A7＝0.0104432413
A8＝0.793385684	A9＝1.39643306	A10＝0.149144925	A11＝0.00441015512
				A12＝0.0839387178	A13＝0.186408848	A14＝0.0203367881	A15＝0.000609579263

S92：计算各时刻水相有效渗透率：

μ_w＝α(1.8T+32)^β (19)

α＝109.574-8.40564S+0.313314S²+8.72213×10^-3S³ (20)

β＝-1.12166+2.63951×10^-2S-6.79461×10^-4S²-5.47119×10^-5S³+1.55586×10^{- 6}S⁴(21)

式中：K_w为水相有效渗透率，mD；μ_w为地层条件下水的粘度，mPa·s；α、β为系数；S为地层水矿化度，mg/L；

S93：计算各时刻液硫有效渗透率：

式中：K_s为液硫有效渗透率，mD；μ_s为液硫的粘度，mPa·s；

如图2所示，当T＜160.52℃时：

μ_s＝c₁×c₂/(1+c₂×T)+c₃×c₄/(1+c₄×T) (3)

式中：T为温度；系数c₁-c₄的取值为：c₁＝1333.84363863，c₂＝0.095193，c₃＝2.01058245，c₄＝0.0061345；

当160.52℃≤T≤186.291℃时：

μ_s＝c₁+c₂×T+c₃×T^0.5+c₄×ln(T)/T+c₅/T^1.5 (4)

式中：系数c₁-c₅的取值为：c₁＝-125617276.61679，c₂＝-200089.38469854，c₃＝9028219.48139348，c₄＝1812716721.4692，c₅＝-28468556595.6022；

当186.291℃＜T≤320℃时：

μ_s＝c₁×(T²+T×c₂)/(T²+T×c₃+c₄) (5)

式中：系数c₁-c₄的取值为：c₁＝-39.28356312，c₂＝-334.40757909，c₃＝-376.02686847，c₄＝36485.40525701。

需要说明的是，当温度大于320℃时，液硫的粘度也是随着温度的升高而降低，在该温度段的液硫粘度也可采用式(5)进行计算。

采用上述方法计算得到的液硫粘度与实际液硫粘度更为相符，从而获得更准确的液硫有效渗透率，为后续计算得到更精确的液硫相对渗透率提供基础。

S94：计算各时刻水相相对渗透率：

式中：K_rw为水相相对渗透率，mD；

S95：计算各时刻气相相对渗透率：

式中：K_rg为气相相对渗透率，mD；

S96：计算各时刻液硫相对渗透率：

式中：K_rs为液硫相对渗透率，mD；

S10：关闭所述输入泵一5、输入泵二6、输入泵三7，关闭所述阀门四D、阀门五E、阀门六F，利用所述数字电桥仪12测得此时的电阻，根据步骤S5获得的岩心电阻率与含水饱和度之间的关系，计算此时的含水饱和度；计算此时的含液硫饱和度；根据此时的含水饱和度和含硫饱和度计算含气饱和度。

在一个具体的实施例中，所述含液硫饱和度通过下式进行计算：

式中：S_s为含液硫饱和度；V_sl为注入液硫的体积，cm³；V_s为步骤S8测得的液硫体积，cm³；V_gx为六通阀后至回压阀前管线的内体积，cm³；V_w为步骤S8测得的水相体积，cm³；V_p为岩心孔隙体积，cm³；L_gx为六通阀后至回压阀前管线的长度，cm；d为管线的内径，cm；V₀为回压阀的死体积，cm³。

所述含气饱和度通过下式进行计算：

S_g＝1-S_w-S_s (8)

式中：S_g为含气饱和度。

在一个具体的实施例中，选取的岩心基本参数为：长度为6.537cm，直径为2.532cm，孔隙度27.85％，气测渗透率873mD，采用本发明所述的高温高压气-水-液硫三相相渗测试方法测试选取的岩心的三相相渗，实验结果如图3所示。

本发明能够在三相共存的条件下，实现对气-水-液硫三种流体相对渗透率及对应饱和度的计量。本发明相应的实验温度及压力能够提高到200℃(所述恒温箱采用烘箱)，100MPa的水平，突破常规方法对温压的限制，能够满足深层超深层三相渗流测试的需要，将所能满足的测试工况提升到一个新的水平。本发明采用利用电容原理计量流体体积的电容式液体计量装置，实现了在高温高压条件下的水和液硫流体的计量，液硫全流程都保持在高温条件下，从而避免了因温变致使相变而产生大量吸附甚至堵塞管路的情况，以及气流扰动，采用称重法无法准确计量的问题。本发明通过建立岩心含水饱和度与岩石电阻率的关系并据此反求岩心含水饱和度，且提供了一种根据质量守恒原理，在不需要反复拆装岩心夹持器的情况下，就能确定出岩心中的含硫饱和度以及含气饱和度，实验操作便捷高效，使得实验重复性好。综上所述，本发明与现有技术相比，具有显著的进步。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种高温高压气-水-液硫三相相渗测试方法，其特征在于，采用高温高压气-水-液硫三相相渗测试装置进行测试，所述高温高压气-水-液硫三相相渗测试装置包括注入系统、岩心夹持器、回压系统、计量系统、地层模拟系统，所述岩心夹持器采用电阻率岩心夹持器；

所述注入系统包括并列设置的气相中间容器、水相中间容器、液硫中间容器，所述气相中间容器、水相中间容器、液硫中间容器的输入端分别与输入泵一、输入泵二、输入泵三的输出端相连，且相连的管路上分别设有阀门一、阀门二、阀门三；所述气相中间容器、水相中间容器、液硫中间容器的输出端分别与六通阀的三个入口相连，且相连的管路上分别设有阀门四、阀门五、阀门六；所述六通阀的出口与所述岩心夹持器的输入端相连；

所述回压系统包括依次相连的回压泵、回压中间容器、回压阀，所述回压阀的输入端与所述岩心夹持器的输出端相连；所述回压阀与所述回压中间容器之间的管路上设有阀门七，所述回压中间容器与所述回压泵之间的管路上设有阀门八；

所述计量系统包括数字电桥仪、电容式液体计量装置、气量计、压力传感器、压力表、数据采集系统；所述数字电桥仪的两个输入端分别与所述岩心夹持器的输入端和输出端相连；所述电容式液体计量装置的输入端与所述回压阀的另一个输出端相连，且相连的管路上设有阀门九，所述电容式液体计量装置用于计量所述岩心夹持器输出的水相体积与液硫体积；所述气量计与所述电容式液体计量装置的内顶部相连，用于计量气相的流量；所述压力传感器包括分别设置在所述岩心夹持器输入端和输出端的压力传感器一和压力传感器二；所述压力表包括设置在所述六通阀上的压力表一和设置在所述回压泵与所述回压中间容器相连管路上的压力表二；所述数字电桥仪、电容式液体计量装置、气量计、压力传感器、压力表分别与所述数据采集系统相连；

所述地层模拟系统包括恒温箱和围压泵，所述围压泵的输出端与所述岩心夹持器的围压输入端相连；所述气相中间容器、水相中间容器、液硫中间容器、六通阀、压力表一、岩心夹持器、回压阀、电容式液体计量装置均设置在所述恒温箱内；

所述高温高压气-水-液硫三相相渗测试方法包括以下步骤：

S1：清洗所述测试装置中的设备与管线；

S2：准备岩心，对其进行清洗、烘干处理，测量处理后岩心的干重、长度、直径、孔隙度，对所述岩心进行抽真空处理后置入所述岩心夹持器中；

S3：将水相、液硫、气相分别置于所述水相中间容器、液硫中间容器、气相中间容器之中，开启所述恒温箱，模拟液硫存在时的地层温度；

S4：关闭阀门四、阀门六、阀门七、阀门九，打开阀门二和阀门五，开启所述输入泵二，对所述岩心进行饱和地层水处理；

S5：打开阀门七、阀门九，开启所述围压泵加围压；关闭阀门五，打开阀门一、阀门四，开启所述输入泵一，进行气体驱地层水，建立束缚水后驱替结束；记录过程中所述数字电桥仪的电阻率读数，通过所述电容式液体计量装置获得水量的变化，计算不同电阻率对应的含水饱和度，并获得岩心电阻率与含水饱和度之间的关系；

S6：增大围压泵输出的围压，模拟液硫存在时的地层压力；

S7：在束缚水饱和度条件下测定气相渗透率，使所述输入泵一在恒压条件下进行气相驱替，利用所述回压泵控制回压，使所述岩心夹持器两端的压差维持相对稳定，待所述岩心夹持器出口端的气相流量稳定后，记录气体流量，获得所述束缚水饱和度条件下的气相渗透率；

S8：维持注入气压恒定，打开所述阀门二、阀门五、阀门三、阀门六，开启所述输入泵二和所述输入泵三，注入不同比例的水-液硫；记录各时刻的岩心夹持器进出口的压力，利用所述电容式液体计量装置测得的水相体积和液硫体积，利用所述气量计测得的气相流量；计算水相流量和液硫流量；

S9：计算各时刻气相、水相、液硫的相对渗透率；各时刻液硫的相对渗透率通过下式进行计算：

式中：K_rs为液硫相对渗透率，mD；K_s为液硫有效渗透率，mD；K_g(S_wi)为束缚水饱和度条件下的气相渗透率，mD；Q_s为模拟地层温度压力下的液硫流量，cm³/s；μ_s为液硫的粘度，mPa·s；L为岩心长度，cm；A为岩心横截面积，cm²；P₁为岩心夹持器入口端压力，MPa；P₂为岩心夹持器出口端压力，MPa；

当T＜160.52℃时：

μ_s＝c₁×c₂/(1+c₂×T)+c₃×c₄/(1+c₄×T)(3)

式中：T为温度；系数c₁-c₄的取值为：c₁＝1333.84363863，c₂＝0.095193，c₃＝2.01058245，c₄＝0.0061345；

当160.52℃≤T≤186.291℃时：

μ_s＝c₁+c₂×T+c₃×T^0.5+c₄×ln(T)/T+c₅/T^1.5(4)

式中：系数c₁-c₅的取值为：c₁＝-125617276.61679，c₂＝-200089.38469854，

c₃＝9028219.48139348，c₄＝1812716721.4692，c₅＝-28468556595.6022；

当186.291℃＜T≤320℃时：

μ_s＝c₁×(T²+T×c₂)/(T²+T×c₃+c₄)(5)

式中：系数c₁-c₄的取值为：c₁＝-39.28356312，c₂＝-334.40757909，c₃＝-376.02686847，

c₄＝36485.40525701；

S10：关闭所述输入泵一、输入泵二、输入泵三，关闭所述阀门四、阀门五、阀门六，利用所述数字电桥仪测得此时的电阻，根据步骤S5获得的岩心电阻率与含水饱和度之间的关系，计算此时的含水饱和度；计算此时的含液硫饱和度；根据此时的含水饱和度和含硫饱和度计算含气饱和度。

2.根据权利要求1所述的高温高压气-水-液硫三相相渗测试方法，其特征在于，所述电容式液体计量装置设有视窗及刻度，通过所述视窗及刻度计量液硫的体积，通过所述电容式液体计量装置测得的电容计量水相的体积。

3.根据权利要求1所述的高温高压气-水-液硫三相相渗测试方法，其特征在于，所述阀门一和所述阀门四、所述阀门二和所述阀门五、阀门三和所述阀门六分别靠近所述气相中间容器、水相中间容器、液硫中间容器方向设置。

4.根据权利要求1所述的高温高压气-水-液硫三相相渗测试方法，其特征在于，所述阀门四与所述六通阀之间设有向所述六通阀方向流通的单向阀。

5.根据权利要求4所述的高温高压气-水-液硫三相相渗测试方法，其特征在于，所述单向阀靠近所述六通阀方向设置。

6.根据权利要求1所述的高温高压气-水-液硫三相相渗测试方法，其特征在于，所述水相中间容器中的水源为模拟地层水，所述气相中间容器中的气源为天然气，所述回压中间容器中的气源为氮气。

7.根据权利要求1所述的高温高压气-水-液硫三相相渗测试方法，其特征在于，步骤S10中，所述含液硫饱和度通过下式进行计算：

式中：S_s为含液硫饱和度；V_sl为注入液硫的体积，cm³；V_s为步骤S8测得的液硫体积，cm³；V_gx为六通阀后至回压阀前管线的内体积，cm³；V_w为步骤S8测得的水相体积，cm³；V_p为岩心孔隙体积，cm³；L_gx为六通阀后至回压阀前管线的长度，cm；d为管线的内径，cm；V₀为回压阀的死体积，cm³。

8.根据权利要求1或7所述的高温高压气-水-液硫三相相渗测试方法，其特征在于，步骤S10中，所述含气饱和度通过下式进行计算：

S_g＝1-S_w-S_s(8)

式中：S_g为含气饱和度；S_w为含水饱和度；S_s为含液硫饱和度。

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