CN116223176A - 一种不同尺度裂缝岩心相对渗透率的测试方法及实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种不同尺度裂缝岩心相对渗透率的测试方法及实验装置。通过大尺寸储层岩心造缝，设置不同开度的裂缝，利用围压控制装置建立气藏原始压力条件下裂缝岩心的多相流体驱替系统，使用地层水高压驱替装置、气体高压驱替装置注入不同气水比的地层水和气体，并通过质量计量装置、气液分离装置、气体计量装置计量出口端气相流量和水相质量流量，得到带裂缝岩心的相对渗透率测试结果。调整裂缝开度，获取调整后岩心相对渗透率的测试结果，从而获得不同尺度裂缝所对应的相渗曲线形态；完成目标气藏裂缝性储层中不同尺度裂缝影响下岩心相渗曲线形态的量化分类界限，解决气田开发过程中气井产能预测及数值模拟时不同尺度裂缝的相渗曲线选用难题。
Description
技术领域：
本发明属于气田开发技术领域，尤其涉及一种不同尺度裂缝岩心相对渗透率的测试方法及实验装置。
背景技术：
裂缝性、缝洞型碳酸盐岩气藏及低渗、致密和非常规气藏储层中普遍发育不同尺度的裂缝，因此储层发育有裂缝的气藏类型和数量众多，资源量大，储量丰富，开发潜力大。不同尺度裂缝对地下储层渗流影响差异大，尤其是不同尺度裂缝相渗曲线存在显著差异，对储层多相流体的渗流影响显著，目前针对特定气藏不同尺度裂缝相渗曲线分类界限量化研究尚缺乏系统的研究方法，严重影响气井产能评价精度，影响气田开发方案的制定与实施。
现有的两相渗流曲线国家标准均是在常温常压条件下测试，一方面，由于气体在高压和低压下性质差异较大，因此，其中涉及气体渗流的气水相渗和油气相渗常压和高压下测试的相渗曲线结果差异较大。另一方面，标准的测试岩样，岩心尺寸过小，岩心中难以制造可代表不同尺度的裂缝并开展裂缝性岩心相渗曲线的测试，且小岩样测试结果代表性不及尺度较大的岩心。普通的标准岩样体积小，制造的裂缝孔隙体积更小，而渗透率大，如果采用物质平衡方法计算驱替过程中裂缝中的平均含水饱和度，孔隙体积过小导致计算结果误差较大，因此，目前储层相对渗透率测试方法还是主要针对常规较均质储层，在带有裂缝的气藏开发过程中针对不同尺度裂缝相渗曲线的分类选用还未见相关的测试方法。
发明内容：
针对目前带有裂缝的油气储层中，不同裂缝尺度影响下的两相渗流曲线(气水/油水/油气)量化分类不清，现场选用依据不清，影响后续产能预测精度等问题，本发明的目的是：提供一种改变岩心裂缝尺度，并提供多尺度岩心相对渗透率的测试方法及实验装置。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种不同尺度裂缝岩心相对渗透率的测试方法及实验装置，包括地层水高压驱替装置、气体高压驱替装置、流量控制器、加湿装置、裂缝岩心驱替流动装置、围压控制装置、围压压力计、驱替装置入口压力计、驱替装置出口压力计、回压控制装置、质量计量装置、气液分离装置、气体计量装置。其特征在于，通过制造人工裂缝，充填不同尺寸的支撑块/支撑剂(颗粒)实现裂缝尺度(开度和裂缝导流能力)由小到大的转变，通过该实验装置模拟地层围压条件下带裂缝岩心相对渗透率测试；地层水高压驱替装置、气体高压驱替装置、加湿装置、裂缝岩心驱替流动装置、气液分离装置、气体计量装置组成该装置的流体驱替计量系统；裂缝岩心驱替流动装置、围压控制装置、围压压力计、驱替装置入口压力计、驱替装置出口压力计组成该装置的围压控制系统；裂缝岩心驱替流动装置、驱替装置入口压力计、驱替装置出口压力计、回压控制装置组成该装置的回压控制系统。
作为本方案的进一步优化，本发明所述的一种不同尺度裂缝岩心相对渗透率的测试方法包括：
步骤一：采用岩心造缝技术，对岩心造缝后填充不同类型支撑剂，包括金属支撑隔块、陶粒/石英砂，以形成裂缝开度由小到大的转变；
步骤二：通过围压控制装置和回压控制装置设置气藏所对应的围压和回压值，从而实现围压和回压的可调可控；
步骤三：设置不同的两相流体注入比例均匀注入。使用地层水高压驱替装置和气体高压驱替装置分别向裂缝岩心驱替流动装置的入口端注入可控制注入速度的地层水和气体，并通过与裂缝岩心驱替流动装置的出口端连接的质量计量装置、气液分离装置和气体计量装置计量从出口端被驱替出的气相流量和水相质量流量，得到所述气藏条件下带裂缝岩心的相对渗透率曲线；
步骤四：重复步骤一，改变岩心裂缝开度后，重复步骤三，进行气水驱替实验，得到同一岩心不同裂缝开度的相对渗透率曲线。
作为本方案的进一步优化，本发明所述的制造人工裂缝，充填不同尺寸的支撑块(金属块)/支撑剂(陶粒或石英砂)实现岩心无填充/填充裂缝尺度(开度和裂缝导流能力)由小到大的转变。
作为本方案的进一步优化，本发明所述的驱替入口端注气、注水口交错排列的部署，使气水在不同注入比例、注入速度下充分混合，提高均匀注入的效果，减少实验误差。
作为本方案的进一步优化，本发明所述的改变岩心的裂缝开度，通过该实验装置模拟地层围压条件下岩心相对渗透率测试，得到不同开度、有无填充裂缝岩心的相对渗透率测试结果。
为实现不同尺度裂缝岩心相对渗透率的测试，本发明设计了相应的测试方法及实验装置，其中实验装置重要组件是能够模拟不同尺度裂缝岩心的多相流过程，所述的大尺寸岩心，通过制造人工裂缝，充填不同尺寸的支撑块(金属块)/支撑剂(陶粒或石英砂)实现岩心无填充/填充裂缝尺度(开度和裂缝导流能力)由小到大的转变，并通过围压加持装置提供气藏条件下的模拟环境。
对于不同尺度裂缝岩心的制造可以通过两类途经实现。(1)采用不同尺寸金属支撑隔块制造无充填的、不同开度的人造裂缝岩心。(2)采用不同粒度的陶粒/石英砂支撑形成不同开度的人造充填裂缝岩心。通过上述方法分别模拟无充填缝和充填缝，并精确控制后续实验所需要的不同尺寸裂缝参数。
本发明实验条件可控制在气藏储层所在的压力条件下，因此，其特征在于所述的高压是相对常规的常压相渗曲线测试而言，通过设置对裂缝驱替模拟装置的围压装置，改变模拟装置所处的不同应力状态，从而实现围压的可调可控，模拟气藏条件下的多相流体流动状态。
利用前述准备的裂缝岩心驱替模拟装置，在相对渗透率测试过程中，设置不同的两相流体注入比例均匀注入。使用高压泵气体注入装置和地层水注入装置分别向裂缝岩心驱替模拟装置的入口端注入可控制注入速度的气体和地层水，并通过与裂缝岩心驱替模拟装置的出口端连接的气水分离计量装置、气体计量装置和质量计量装置计量从出口端被驱替出的气相流量和水相质量流量，采用国家标准GB/T28912-2012《岩石中两相流体相对渗透率测定方法》的实验方法进行气水流动实验，得到所述气藏条件下大尺寸裂缝岩心驱替模拟装置的裂缝岩心的相对渗透率曲线。其中，通过本发明特定的驱替入口端注入方法实现流体在不同注入比例、注入速度下达到充分混合，提高均匀注入的效果，减少实验误差。
确定注入过程中裂缝岩心驱替装置系统中岩心的平均流体饱和度：通过累计注入(注水/注气)数据和累计采出数据，利用物质平衡方法计算所述流速比对应的裂缝岩心驱替模拟装置内的平均含气饱和度和含水饱和度；其中，所述流速比与所述含气饱和度、所述水相相对渗透率、所述气相相对渗透率与物质平衡计算的饱和度数据对应；根据所述水相相对渗透率和所述气相相对渗透率，以及所述含气饱和度，确定水相相对渗透率、气相相对渗透率与含气饱和度的相对渗透率曲线，具体相渗计算方法依据国家标准GB/T28912-2012《岩石中两相流体相对渗透率测定方法》的计算方法开展。
上述实验过程中通过设置在所述裂缝岩心驱替模拟装置的出口端和所述气水分离计量装置的入口端之间的回压控制装置，调节所述裂缝岩心驱替模拟装置出口端的压力，以使得在所述裂缝岩心驱替模拟装置的入口端和出口端之间产生指定压力差。
本发明通过测试不同裂缝开度下的多相流流动的相对渗透率曲线，强调对典型相对渗透率曲线形态进行研究，打破数模中使用的X型裂缝相渗曲线的传统方法，而是研究相渗曲线的端点、束缚水和残余气等因素，更准确的得到相渗曲线，从而得到不同类型相渗曲线的定量化分类界限，以解决气田开发过程中气井产能预测及数值模拟时不同尺度裂缝的相渗曲线选用难题。
通过便捷性的调整裂缝尺度(增大裂缝开度或渗透率)，重复上述实验，获取调整后相对渗透率曲线。从而获得不同尺度裂缝参数，对应的相渗曲线形态，研究其形态是否是对角线、是否存在束缚水和残余气端点；确定不同尺度裂缝所选用的相渗曲线类型(不同的相渗曲线形态)的分类界限；完成目标气藏裂缝性储层中不同裂缝尺度影响下岩心相渗曲线形态的量化分类界限及代表性相渗曲线研究，解决气田开发数值模拟过程中不同尺度裂缝的相渗曲线选用难题。
本发明具有以下有益效果：(1)模拟不同尺度裂缝岩心的多相驱替流动过程，所述的大尺寸岩心，通过制造人工裂缝，充填不同的支持块/支撑剂颗粒实现可控尺度(开度和裂缝导流能力)的裂缝，并通过围压加持装置提供气藏环境的模拟条件，更能贴近矿场实际情况，提高裂缝岩心相渗曲线的测试精度；(2)得到不同尺度裂缝的岩心相对渗透率曲线的相态特征，并对其进行分类，将岩石的相对渗透率范围与形态进行匹配，得到分类界限；(3)量化了不同尺度裂缝相渗曲线形态的分类，为气藏不同尺度裂缝相渗曲线的选用提供了依据，提高了此类气藏开发过程中不同尺度裂缝相渗曲线基础数据的可靠性和准确性。
附图说明：
图1为实验装置示意图。
图2为实施图1驱替过程中入口端放大图件。
图3为不同尺度裂缝岩心对应的相对渗透率曲线示意图。
图4为某气藏测试的不同尺度裂缝岩心的实测相对渗透率曲线。
图中地层水高压驱替装置1，气体高压驱替装置2，流量控制器3，加湿装置4，裂缝岩心驱替流动装置5，围压控制装置6，围压压力计7，驱替装置入口压力计8，驱替装置出口压力计9，回压控制装置10，质量计量装置11，气液分离装置12，气体计量装置13。
具体实施方式：
下面结合附图，对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种不同尺度裂缝岩心相对渗透率的测试方法及实验装置，包括地层水高压驱替装置1、气体高压驱替装置2、流量控制器3、加湿装置4、裂缝岩心驱替流动装置5、围压控制装置6、围压压力计7、驱替装置入口压力计8、驱替装置出口压力计9、回压控制装置10、质量计量装置11、气液分离装置12、气体计量装置13。
其特征在于，通过制造人工裂缝，充填不同尺寸的支撑块/支撑剂(颗粒)实现裂缝尺度(开度和裂缝导流能力)由小到大的转变，通过该实验装置模拟地层围压条件下带裂缝岩心相对渗透率测试；地层水高压驱替装置1、气体高压驱替装置2、加湿装置4、裂缝岩心驱替流动装置5、气液分离装置12、气体计量装置13组成该装置的流体驱替计量系统；裂缝岩心驱替流动装置5、围压控制装置6、围压压力计7、驱替装置入口压力计8、驱替装置出口压力计9组成该装置的围压控制系统；裂缝岩心驱替流动装置5、驱替装置入口压力计8、驱替装置出口压力计9、回压控制装置10组成该装置的回压控制系统。
所述一种不同尺度裂缝岩心相对渗透率的测试方法包括：
步骤一：采用岩心造缝技术，对岩心造缝后填充不同类型支撑剂，包括金属支撑隔块、陶粒/石英砂，以形成裂缝开度由小到大的转变；
步骤二：通过围压控制装置6和回压控制装置10设置气藏所对应的围压和回压值，从而实现围压和回压的可调可控；
步骤三：设置不同的两相流体注入比例均匀注入。使用地层水高压驱替装置1和气体高压驱替装置2分别向裂缝岩心驱替流动装置5的入口端注入可控制注入速度的地层水和气体，并通过与裂缝岩心驱替流动装置5的出口端连接的质量计量装置11、气液分离装置12和气体计量装置13计量从出口端被驱替出的气相流量和水相质量流量，得到所述气藏条件下带裂缝岩心的相对渗透率曲线；
步骤四：重复步骤一，改变岩心裂缝开度后，重复步骤三，进行气水驱替实验，得到同一岩心不同裂缝开度的相对渗透率曲线。
通过制造人工裂缝，充填不同尺寸的支撑块(金属块)/支撑剂(陶粒或石英砂)实现岩心无填充/填充裂缝尺度(开度和裂缝导流能力)由小到大的转变。
如图2所示，通过驱替入口端注气、注水口交错排列的部署，使气水在不同注入比例、注入速度下充分混合，提高均匀注入的效果，减少实验误差。
如图3、图4所示，改变岩心的裂缝开度，通过该实验装置模拟地层围压条件下岩心相对渗透率测试，得到不同开度、有无填充裂缝岩心的相对渗透率测试结果。
当然上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种不同尺度裂缝岩心相对渗透率的测试方法及实验装置，包括地层水高压驱替装置(1)、气体高压驱替装置(2)、流量控制器(3)、加湿装置(4)、裂缝岩心驱替流动装置(5)、围压控制装置(6)、围压压力计(7)、驱替装置入口压力计(8)、驱替装置出口压力计(9)、回压控制装置(10)、质量计量装置(11)、气液分离装置(12)、气体计量装置(13)；其特征在于，通过制造人工裂缝，充填不同尺寸的支撑块/支撑剂(颗粒)实现裂缝尺度(开度和裂缝导流能力)由小到大的转变，通过该实验装置模拟地层围压条件下带裂缝岩心相对渗透率测试；地层水高压驱替装置(1)、气体高压驱替装置(2)、加湿装置(4)、裂缝岩心驱替流动装置(5)、气液分离装置(12)、气体计量装置(13)组成该装置的流体驱替计量系统；裂缝岩心驱替流动装置(5)、围压控制装置(6)、围压压力计(7)、驱替装置入口压力计(8)、驱替装置出口压力计(9)组成该装置的围压控制系统；裂缝岩心驱替流动装置(5)、驱替装置入口压力计(8)、驱替装置出口压力计(9)、回压控制装置(10)组成该装置的回压控制系统。
2.根据权利要求1所述的一种不同尺度裂缝岩心相对渗透率的测试方法及实验装置，其特征在于，所述一种不同尺度裂缝岩心相对渗透率的测试方法包括：
步骤一：采用岩心造缝技术，对岩心造缝后填充不同类型支撑剂，包括金属支撑隔块、陶粒/石英砂，以形成裂缝开度由小到大的转变；
步骤二：通过围压控制装置(6)和回压控制装置(10)设置气藏所对应的围压和回压值，从而实现围压和回压的可调可控；
步骤三：设置不同的两相流体注入比例均匀注入。使用地层水高压驱替装置(1)和气体高压驱替装置(2)分别向裂缝岩心驱替流动装置(5)的入口端注入可控制注入速度的地层水和气体，并通过与裂缝岩心驱替流动装置(5)的出口端连接的质量计量装置(11)、气液分离装置(12)和气体计量装置(13)计量从出口端被驱替出的气相流量和水相质量流量，得到所述气藏条件下带裂缝岩心的相对渗透率曲线；
步骤四：重复步骤一，改变岩心裂缝开度后，重复步骤三，进行气水驱替实验，得到同一岩心不同裂缝开度的相对渗透率曲线。
3.根据权利要求1所述的一种不同尺度裂缝岩心相对渗透率的测试方法及实验装置，其特征在于，通过制造人工裂缝，充填不同尺寸的支撑块(金属块)/支撑剂(陶粒或石英砂)实现岩心无填充/填充裂缝尺度(开度和裂缝导流能力)由小到大的转变。
4.根据权利要求1所述的一种不同尺度裂缝岩心相对渗透率的测试方法及实验装置，其特征在于，通过驱替入口端注气、注水口交错排列的部署，使气水在不同注入比例、注入速度下充分混合，提高均匀注入的效果，减少实验误差。
5.根据权利要求1所述的一种不同尺度裂缝岩心相对渗透率的测试方法及实验装置，其特征在于，改变岩心的裂缝开度，通过该实验装置模拟地层围压条件下岩心相对渗透率测试，得到不同开度、有无填充裂缝岩心的相对渗透率测试结果。
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