CN206095886U - 一种多功能高温高压岩心地层水伤害实验评价装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多功能高温高压岩心地层水伤害实验评价装置，设置有注入泵，注入泵通过高压管线与高压水罐、高压气罐连接，高压气罐与标准对比室连接在一起，岩心夹持器通过高压管线与高压气罐、高压水罐、标准对比室连接，岩心夹持器通过高压管线与水蒸汽发生器、围压泵连接，计算机与需要测量的电阻测量点、压力表、气液流量计连接。本实用新型只使用一台仪器，就能实现整个高温高压下岩心地层水伤害评价实验；将常规物性测定、水锁伤害和相渗曲线测定有机结合，让整个水锁伤害评价变得更加完整；采用水蒸气注入岩心，使得岩心内含水量分布变得更加均匀，增强了实验结果的准确性；采用电阻率检测技术与体积法相互校正，实验精准测量。

Description

一种多功能高温高压岩心地层水伤害实验评价装置

技术领域

本实用新型属于油气田开发技术领域，尤其涉及一种多功能高温高压岩心地层水伤害实验评价装置。

背景技术

目前，地层水伤害是油气田开发中普遍存在的问题，无论是在钻井、开发、增产措施等工作过程中都会存在上述的地层水伤害，导致油气田不同程度的减产甚至停产，所以研究地层水伤害对油气田开发具有重大意义。对于一个气田来说，若原生含水饱和度低于束缚水饱和度，则地层水伤害可以分为低于束缚水饱和度的水锁伤害和高于束缚水饱和度时的两相渗流阻力伤害，两部分相辅相成，不可分割。但是，目前国内对地层水伤害实验多是采用水锁测定仪评价水锁伤害程度或采用相渗测定仪测定相渗曲线来分别表征，大部分的地层水伤害实验都是通过多个仪器的联合使用，先利用孔渗测定仪测量岩心孔隙度和渗透率，再利用相渗测定仪测量气液两相渗流曲线，利用水锁测定仪进行岩心水锁评价。而对于上述运用多个仪器联合测量的方法，一方面使得整个评价过程十分繁琐，另一方面在评价过程中岩心的不断取放会造成岩心边缘处的磨损，导致实验结果的精度受到影响。而在评价低于束缚水饱和度下的水锁实验时，含水饱和度的建立多没有监测水在岩心中是否均匀，缺少一个能均匀建立含水饱和度且能同时完成水锁和两相渗流的地层水伤害评价实验的仪器，为研究地层水对产能的伤害提供基础。目前对于水锁和两相渗流实验评价装置较多，但对于能够完整评价地层水伤害过程的实验仪器缺乏。在CN1002288732A《快速评价特低渗透气藏水锁的方法》专利说明书中提到，由于大部分对于岩心地层水伤害的实验都是采用驱替法来确定样品相应的含水饱和度的，但是由于束缚水饱和度以下的部分，所用驱替液无法均匀分布在岩心内部，导致无法确定在束缚水饱和度以下部分实验结果的准确度，从而会影响整个岩心地层水伤害评价程度。CN104330344A《岩心气水两相渗流动态测试方法与装置》发明专利说明书中写到“其中岩心气水两相渗流动态测试方法包括：建立实验岩心初始含水饱和度；将建好初始含水饱和度的岩心装入岩心夹持器并加围压；通过逐级增压的方式对所述加围压的岩心进行气驱水实验。其中气驱水试验包括：设定初始气驱压力，进行气驱；当岩心不再出水且其气流量稳定后，提高气驱压力，进行气驱；至岩心气水不流动时，实验结束”。该发明不能测得低于束缚水饱和度下的水锁伤害。

现有岩心气水两相渗流动态测试装置对岩心中的地层水分布是否均匀无法检测，仅能单一测定水锁或两相渗流，不方便，且反复拆装岩心容易造成岩心损坏。

发明内容

本实用新型为解决现有岩心气水两相渗流动态测试装置对岩心中的地层水分布是否均匀无法检测，仅能单一测定水锁或两相渗流，不方便，且反复拆装岩心容易造成岩心损坏的技术问题而提供一种结构简单、安装使用方便、提高工作效率的多功能高温高压岩心地层水伤害实验评价装置。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

本实用新型的多功能高温高压岩心地层水伤害实验评价装置，所述多功能高温高压岩心地层水伤害实验评价装置设置有注入泵；所述注入泵通过高压管线与高压水罐、高压气罐连接，高压气罐与标准对比室连接在一起，岩心夹持器通过高压管线与高压气罐、高压水罐、标准对比室连接，岩心夹持器通过高压管线与水蒸汽发生器、围压泵连接，计算机与需要测量的电阻测量点、压力表、气液流量计相连接。

进一步，所述注入泵与高压水罐和高压气罐之间设置有第一阀门、第二阀门和第三阀门，高压水罐和高压气罐的出口端安装有第四阀门和第五阀门，岩心夹持器与高压气罐和标准对比室之间依次安装有第六阀门和第七阀门，夹持器与气量计之间依次出口压力表、第九阀门、气液流量计、第十阀门、回压阀、第十一阀门、液体分离计量器、气体计量器。计算机主要检测岩心夹持器两端的压力、各点的电阻率和气液流量，将信号数据传输到计算机。

进一步，所述岩心夹持器包括：密封组件、压力探头、水雾输入探头、压环、封头、左夹紧环、连接杆、左岩心塞、带有小孔和电极的套筒、岩心、右岩心塞、快开螺母组及右夹紧环、轴向加载筒体、轴向活塞、轴向密封活塞、轴向封头、电极、气孔。

左岩心塞的顶端上方安装有密封组件，左岩心塞的内部下方安装有压力探头、上方安装有水雾输入探头，左岩心塞的外侧上方安装有连接杆，连接杆的左侧顶端安装有左夹紧环，封头通过压环压在左岩心塞上；左岩心塞和右岩心塞的中间安装有岩心，岩心的上方设置有带有小孔和电极的套筒，带有小孔和电极的套筒上安装有电极、气孔，连接杆的右侧顶端安装有快开螺母组及右夹紧环，轴向活塞与岩心连接，轴向封头通过螺栓与轴向活塞连接在一起，轴向活塞的上下两端安装有轴向密封活塞，轴向加载筒体内放置有轴向活塞、轴向密封活塞、轴向封头。

本实用新型具有的优点和积极效果是：由于本实用新型只使用一台仪器，就能实现整个高温高压下岩心地层水伤害评价，让原来国内所存在的岩心地层水伤害评价体系——采用两到三台仪器联合使用的方法变得由繁到简；将常规物性测定、水锁伤害和相渗曲线测定有机结合，让整个水锁伤害评价变得更加完整；采用水蒸气注入岩心，使得岩心内含水量分布变得更加均匀，增强了实验结果的准确性；采用电阻率检测技术与体积法相互校正，实验精准测量。同一台仪器测定可以避免不同实验设备联合测定过程中，反复拆卸对岩心的伤害，保证实验样品的统一性。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的多功能高温高压岩心地层水伤害实验评价装置结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的岩心夹持器结构示意图；

图中：1、注入泵；2、第一阀门；3、第二阀门；4、第三阀门、5、高压水罐；6、高压气罐；7、第四阀门；8、第五阀门；9、入口压力表；10、第八阀门；11、岩心夹持器；11-21、密封组件；11-22、压力探头；11-23、水雾输入探头；11-24、压环；11-25、封头；11-26、左夹紧环；11-27、连接杆；11-28、左岩心塞；11-29、带有小孔和电极的套筒；11-30、岩心；11-31、右岩心塞；11-32、快开螺母组及右夹紧环；11-33、轴向加载筒体；11-34、轴向活塞；11-35、轴向密封活塞；11-36、轴向封头；11-37、电极；11-38、气孔；12、出口压力表；13、第九阀门；14、计算机；15、第十阀门；16、第十一阀门；水蒸汽发生器；17、第十二阀门、18、气量计；19、液体分离计量器；20、第十三阀门；21、回压泵；22、压力表；23、回压阀；24、第十四阀门；25、真空泵；26、气液流量计；27、围压泵；28、第十五阀门；29、水蒸汽发生器；30、第十六阀门；31、蒸汽压力表；32、第七阀门；33、标准室压力表；34、标准对比室；35、第六阀门；

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

本实用新型的高温高压岩心地层水伤害评价装置，可以进行包括测量岩石渗透率和孔隙度测定、高温高压气液两相渗流曲线、高温高压水锁伤害曲线、高温高压岩电在内的完整岩心地层水伤害实验评价；通过在岩心夹持器的套筒上埋入4组电极，通过电位差的方式来检测岩心含水是否均匀及与体积法相互验证。

如图1所示，本实用新型实施例的多功能高温高压岩心地层水伤害实验评价装置包括：注入泵1、第一阀门2、第二阀门3、第三阀门4、高压水罐5、高压气罐6、第四阀门7、第五阀门8、入口压力表9、第八阀门10、岩心夹持器11、出口压力表12、第九阀门13、计算机14、第十阀门15、第十一阀门16、第十二阀门17、气量计18、液体分离计量器19、第十三阀门20、回压泵21、压力表22、回压阀23、第十四阀门24、真空泵25、气液流量计26、围压泵27、第十五阀门28、水蒸汽发生器29、第十六阀门30、蒸汽压力表31、第七阀门32、标准室压力表33、标准对比室34、第六阀门35。

注入泵1通过高压管线与高压水罐5和高压气罐6连接，高压气罐6与标准对比室34连接在一起，岩心夹持器11通过高压管线与高压水罐5、高压气罐6和标准对比室34连接，岩心夹持器11通过高压管线与水蒸汽发生器28、围压泵27、气液流量计25和回压阀23连接，计算机14与需要测量的电阻测量点、压力表、气液流量计相连接。

注入泵1与高压水罐5、高压气罐6之间设置有第二阀门3、第三阀门4，高压水罐5、高压气罐6的出口端安装有第四阀门5和第五阀门8，高压气罐6与标准对比室34之间安有阀门35，岩心夹持器11与高压气罐6、高压水罐5之间依次安装有入口压力表9、第八阀门10，岩心夹持器11与高压气罐6之间装有第七阀门32、标准室压力表33，岩心夹持器11与气量计18之间依次出口压力表12、第九阀门13、气液流量计14、第十阀门15、回压阀23、第十一阀门16、液体分离计量器19。计算机14主要检测岩心夹持器两端的压力、各点的电阻率和气液流量，将信号数据传输到计算机。

如图2所示，岩心夹持器11包括：密封组件11-21、压力探头11-22、水雾输入探头11-23、压环11-24、封头11-25、左夹紧环11-26、连接杆11-27、左岩心塞11-28、带有小孔和电极的套筒11-29、岩心11-30、右岩心塞11-31、快开螺母组及右夹紧环11-32、轴向加载筒体11-33、轴向活塞11-34、轴向密封活塞11-35、轴向封头11-36、电极11-37、气孔11-38。

左岩心塞11-28的顶端上方安装有密封组件11-21，左岩心塞11-28的内部下方安装有压力探头11-22、上方安装有水雾输入探头11-23，左岩心塞11-28的外侧上方安装有连接杆11-27，连接杆11-27的左侧顶端安装有左夹紧环11-26，封头11-25通过压环11-24压在左岩心塞11-28上；左岩心塞11-28和右岩心塞11-31的中间安装有岩心11-30，岩心11-30的上方设置有带有小孔和电极的套筒11-29，带有小孔和电极的套筒11-29上安装有电极11-37、气孔11-38，连接杆11-27的右侧顶端安装有快开螺母组及右夹紧环11-32，轴向活塞11-34与岩心11-30连接，轴向封头11-36通过螺栓与轴向活塞11-34连接在一起，轴向活塞11-34的上下两端安装有轴向密封活塞11-35，轴向加载筒体11-33内放置有轴向活塞11-34、轴向密封活塞11-35、轴向封头11-36。

本实用新型的工作原理：

1.测量岩心的孔隙体积与孔隙度：测量实验岩心的直径、长度，将岩心装入夹持器11中，打开围压泵加压至3MPa，关闭第七阀门32、第八阀门10，打开第九阀门13和真空泵25抽真空，关闭第九阀门13。打开第一阀门2、第二阀门3，第四阀门7，第六阀门35，打开加压泵1将气体标准室34的压力增加到至某一固定值，例如560kPa。然后打开第7阀门32，待压力稳定后，记录相应的平衡压力，最后根据波义耳定律计算该岩心的孔隙体积与孔隙度。

2.测量岩心的渗透率：打开第一阀门2、第二阀门3，第八阀门10、第九阀门13，第十阀门15打开加压泵1将高压气罐6中的气体恒定压力0.2MPa(可根据实际情况调整)进行气驱，待气液流量计26流量稳定后，根据入口压力表9和出口压力表13数据和岩心基本参数计算岩心的渗透率。

3.低于束缚水饱和度时岩心水锁伤害评价：利用真空泵25使得岩心夹持器11内部创造出真空环境，关闭所有阀门，同时通过恒温箱让高压水罐5、高压气罐6岩心夹持器11处于某一预设实验温度(一般为原始地层温度)下，打开围压泵27对岩心进行加压，模拟地层的高压环境，通过水蒸汽发生器29将标准盐水转化为盐水蒸气打入岩心夹持器11，通过水蒸汽发生器29记录水雾流量，并使得水雾流量低于岩心的束缚水饱和度，打开第二阀门2、第二阀门3、第四阀门7，同时打开加压泵1中将高压气罐6中的气体驱入岩心夹持器11，入口出压力表9记录入口压力，岩心夹持器11内的电极探头记录岩心不同位置电阻，出口压力表12记录出口气体压力，通过气液流量器26计量通过岩心的气液流量，根据计算机14所获得的电极参数与上述所说的流量参数、压力参数来确定低于束缚水饱和度的气相相对渗透率。

4.测量高于束缚水饱和度气水两相相对渗透率曲线：利用真空泵25使得岩心夹持器11内部创造出真空环境，关闭所有阀门，打开第三阀门4、第五阀门8，打开驱替泵1，让岩心充分饱和地层水。打开加压泵1使得其有一个初始压力，开打回压阀23与回压控制泵21使其有一个初始压力，两侧的初始压力要有一定的驱替压差，恒定加压泵1与回压控制泵21所形成的压力差，利用高压气罐6中的气体不断驱替岩心的地层水，直到岩心夹持器11岩心不出水位置，此时的含水饱和度为束缚水饱和度，利用计算机14获取气液流量和压差计算气水两相相对渗透率曲线，同时可以根据电阻率测定结果得到岩心电阻率参数。

5.根据上面3和4所测得的气水两相相对渗透率和水锁伤害实验曲线进行整合并绘制曾为一张完整的地层水伤害实验曲线图样和岩心电阻率参数。

具体计算步骤：

步骤1、计算岩心的孔隙体积与孔隙度：利用波义耳定律确定岩心的孔隙体积V_P，利用岩心长度L，直径D计算岩石的外表体积V_f，

孔隙度φ计算公式为：

式中：φ—岩石的孔隙度，％；

V_f—岩石的外表体积，cm³；

V_P—岩石的孔隙体积，cm³；

步骤2、计算样品干样时的气体渗透率Ka：计算样品干样时的气体渗透率Ka。Ka是根据气体达西定律通过公式计算得到。其中Q_g是气体流量、P₀是大气压力、μ是气体粘度、L是样品长度、A是样品端面积、P₁、P₂分别为气体渗透率仪入口和出口的绝对压力。

步骤3、水锁伤害实验计算方法：利用岩心断面上的两个电阻率计算岩心中的含水饱和度，利用计算样品干样时的气体渗透率方法计算此时的气测渗透率K_i，此时的水锁伤害程度Di即为：D_i＝(K_a-K_i)/K_a，渗透率保持程度即为K_i/K_a。

步骤4、气水相对渗透率曲线计算方法：利用实验过程测定的气液流量和压力变化数据，利用行业标准SY-T 5345-2007(岩石中两相流体相对渗透率测定方法)中气水相对渗透率曲线处理方法处理。

步骤5、将水锁实验的渗透率保持率与气水相对渗透率曲线中的相对渗透率曲线保持值结合在一起即得到了地层水饱和度从0到1的一条完整的地层水伤害曲线。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种多功能高温高压岩心地层水伤害实验评价装置，其特征在于，设置有注入泵；所述注入泵通过高压管线与高压水罐、高压气罐连接，高压气罐与标准对比室连接在一起，岩心夹持器通过高压管线与高压气罐、高压水罐、标准对比室连接，岩心夹持器通过高压管线与水蒸汽发生器、围压泵连接，计算机与需要测量的电阻测量点、压力表、气液流量计相连接。

2.如权利要求1所述的多功能高温高压岩心地层水伤害实验评价装置，其特征在于，所述注入泵与高压水罐和高压气罐之间设置有第一阀门、第二阀门和第三阀门，高压水罐和高压气罐的出口端安装有第四阀门和第五阀门，岩心夹持器与高压气罐和标准对比室之间依次安装有第六阀门和第七阀门，夹持器与气量计之间依次出口压力表、第九阀门、气液流量计、第十阀门、回压阀、第十一阀门、液体分离计量器、气体计量器；计算机检测岩心夹持器两端的压力、各点的电阻率和气液流量，将信号数据传输到计算机。

3.如权利要求1所述的多功能高温高压岩心地层水伤害实验评价装置，其特征在于，所述岩心夹持器包括：密封组件、压力探头、水雾输入探头、压环、封头、左夹紧环、连接杆、左岩心塞、带有小孔和电极的套筒、岩心、右岩心塞、快开螺母组及右夹紧环、轴向加载筒体、轴向活塞、轴向密封活塞轴向封头、电极、气孔；

左岩心塞的顶端上方安装有密封组件，左岩心塞的内部下方安装有压力探头、上方安装有水雾输入探头，左岩心塞的外侧上方安装有连接杆，连接杆的左侧顶端安装有左夹紧环，封头通过压环压在左岩心塞上；左岩心塞和右岩心塞的中间安装有岩心，岩心的上方设置有带有小孔和电极的套筒，带有小孔和电极的套筒上安装有电极、气孔，连接杆的右侧顶端安装有快开螺母组及右夹紧环，轴向活塞与岩心连接，轴向封头通过螺栓与轴向活塞连接在一起，轴向活塞的上下两端安装有轴向密封活塞，轴向加载筒体内放置有轴向活塞、轴向密封活塞、轴向封头。