用于测定油藏岩心油、气、水三相相对渗透率实验方法

摘要

本发明涉及了一种用于测定油藏岩心油、气、水三相相对渗透率的方法。该方法包括实验装置和试验程序。并且利用该方法测定了油藏岩心在含水饱和度增加，含油饱和度减少以及含气饱和度增加时的油、气、水三相相对渗透率曲线。

说明书

本发明涉及一种用于测定油藏柱状岩心油、气、水三相相对渗透率的实验方法。该方法的发明对油藏开发实验研究具有特殊的意义。

多孔介质中的油、气、水三相相对渗透率实验测定研究始于四十年代初，M.C.莱福端特（M.C.Leverett）首先在人工砂样品上，利用稳态实验方法测定了油、气、水三相相对渗透率。油、气、水饱和度的测定采用了电阻率方法。莱福瑞特的实验没有考虑克服影响实验精度的两个效应，即滞后效应和末端效应。饱和度的测试技术也存在一定的问题。一九五一年，B.H.考德等人（B.H.Caudle，et.al）提出了利用蒸馏法测定三相相对渗透率实验中油和水的饱和度。实验中忽略了滞后效应和末端效应的影响，由于测试过程中液体流失，使饱和度的测试精度受到影响。A.T.科里（A.T.Corey）和S.里德（S.Reid）于一九五六年分别提出了不同方法，获得了油、气、水三相相对渗透率。科里的实验过程存在一定不足，而里德的实验没有克服滞后效应。一九六二年，R.W.斯耐尔（R.W.Snell）在人工砂样品上，利用稳定态方法，获得三相相对渗透率。饱和度的测试技术采用了RCL振荡电路和中子轰击相结合的方法，实验方法的不足是实验过程过于复杂，样品与油藏实际样品存在较大的差别。一九六六年，E.C.唐纳森（E.C.Donaldson）等人和A.M.萨瑞姆（A.M.Sarem）分别利用非稳态的两相相对渗透率实验的扩展来计算三相相对渗透率。显然，这种方法缺少油、气、水共同流动的条件。一九六七年和一九八三年，D.N.萨拉夫（D.N.Saraf）提出两种截然不同的方法，其一，利用核磁共振技术来确定岩心中的各相饱和度，由于实验设备的昂贵，实验条件与油藏条件相差很大，所以很难在实际工作中推广;其二，利用稳定态和非稳定态相结合的方法，测定了油、气、水三相相对渗透率，饱和度的测试采用了循环系统的物质平衡方法。由于他的实验条件所限，使得滞后效应不能很好地克服。一九八二年，E.V.斯润森（E.V.Spronsen）提出了一种利用离心机方法测定三相相对渗透率，饱和度的测定采用重力差法，该方法没有构成油、气、水在多孔介质中流动，故三相相对渗透率曲线没有代表性。一九八八年，M.J.奥克（M.J.Oak）等人利用X-光吸附技术测定了贝利（Berea）砂岩中的多相饱和度，尽管设备是先进的，但是滞后效应在他们实验中仍没有得到克服。

本发明的目的是提供一种避免上述缺点的测定油、气、水三相相对渗透率的实验装置和试验程序。

解决这项任务的方法是油、气、水三相相对渗透率实验装置和实验和程序，该装置是由注入系统、压力测量系统、三段岩心系统、微重饱和度测试系统以及油、气、水分离计量系统组成。注入系统是由恒速注水泵1、恒速注油泵2、以及装有压缩空气的钢瓶4组成。压力测量系统是由入口压力表21、DP15压力传感器25，出口压力表29，压力组合箱30以及台试记录仪31组成。三段岩心夹持器是由稳定段26，试验段27，以及末端段28组成。微重饱和度测试系统是由电子计数天平36和微波仪37组成;油、气、水分离计量系统是由油、气、水分离器32，和皂泡流量计35组成。

本发明的实验程序是：

1.试验样品制备，取人造岩心或油藏岩心，钻成直径为2.5cm，长为9cm的园柱样品。油藏岩心样品用苯加酒精的混合物进行清洗，洗去岩心中的有机物质。采用87214736专利所叙述的工艺过程将岩心用有机玻璃密封好，然后加工成直径为4.5cm，（包括有机玻璃外壳），长为8.5cm，厚度为2.8cm的实验样品。如附图2所示，实验用样品10～15块为一群体。

2.称其每块干岩心重量，测定空气渗透率。抽空实验样品，并对其饱和水，称其饱和后的样品重量，算出样品的孔隙体积。

3.测定样品微波衰减电压与含水量关系（V-Gw）的标准曲线。V-Gw标准曲线的测定是按照气/水两相流动实验进行的。将饱和好水的样品安装在岩心夹持器上（附图1中27号的位置），然后进行气驱水实验。实际上，气驱水是指气体的注入速度由小变大，而水的注入速度由大变小。在测定过程中，采用了稳定态实验，即当气和水按一定的比例通过稳定段26，试验段27，末端段28流出，待流动状态稳定，卸下试验段27。放在电子计数天平36上称其重量Gw，然后利用微波仪37测出样品的衰减电压值V.这样就构成样品重量与衰减电压值对应点。改变注气、水比，重复上述过程，就可得到许多重量值与电压值一一对应点，将这些对应点绘制在普通座标系中，则构成了V-Gw的标准曲线。

4.油、气、水三相相对渗透率的测定

抽空已测定过标准曲线的样品，重新饱和水。油驱水产生束缚水，在束缚水条件下测定油相渗透率，测三个点，每个值之间差值在5%以内即可。按照预先考虑好的饱和历程，进行油、气、水三相相对渗透率测定试验。当油、气、水按一定的比例注入到试验段样品27以后，油、气、水共同流动达到8个小时可使流动状态达到稳定，从实验段两端的入口压力表21，和出口压力表29，记录试验段27两端的压力，以及产出的油、气、水的流量。在稳定态实验中，只要流动状态达到稳定，可把注入的油、水量认为与产出的油、水量相等。气体是通过油、水、气分离器32，分离后通过皂泡流量计35计量的。在记录了压力和产量以后，可利用达西公式计算出油、气、水的有效渗透率，然后计算出其相对渗透率。油、气、水有效渗透率的计算公式为：

对于油相：

Ko＝ (μo.Qo.L)/(A.△p.t) （1）

对于气相：

Kg= (2L.Qg.po.Zaμ_g)/(A(P²₁-P²₂)Zo.t)>

对于水相：

Kw= (μ_W.Q_w.L)/(A.△P.t)>

油、气、水三相相对渗透率计算公式由以下各式表示

对于油相：

Kro＝ (Ko)/(K) ×100%（4）

对于气相：

Krg＝ (Kg)/(K) ×100%（5）

对于水相：

Krw＝ (Kw)/(K) ×100%（6）

式中：

Ko-油有效渗透率（×10^-3μm²）;

K-绝对渗透率（×10^-3μm²）;

Krw-水相相对渗透率;

Kro-油相相对渗透率;

F-岩心截面积（cm²）;

P_l-岩心入口压力（MPa）;

Qg-大气压下流出岩心的气体流量（cm³/S）;

Za-在岩心平均压力及实验温度下气体压缩系数;

μ_w-水的粘度（mPa·s）;

Kw-水有效渗透率（×10^-3μm²）;

Krg-气相相对渗透率;

L-岩心长度;

Po-大气压（MPa）;

P₂-岩心出口压力（MPa）;

Qw-流出岩心的水量（cm³/s）;

Qo-流出岩心的油量（cm³/s）;

Zo-在大气压、实验温度下气体压缩系数;

μg-气体粘度（mPa·s）;

μ_O-油的粘度（mPa·s）。

在记录压力和各相的产出量以后，进行样品中油、气、水饱和度测试，卸下试验段27，用电子计数天平36称其重量，该重量为干样品、油、水总重之和记为Gt，再用微波仪测出此时样品中的衰减电压值，由该值在V-Gw标准曲线上查出样品中含水量Gw，样品中油的重量可由下式来计算：

Go＝Gt-Gw-Gd（7）

由于样品的孔隙体V_孔、油、水的密度r_o、r_w是已知的，则油、气、水饱和度可由下例各式计算出。

油相饱和度：

So= (Vo)/(V孔) ×100％＝ (Go)/(roV乳) ×100％（8）

水相饱和度：

Sw= (Vw)/(V_孔)>oV_乳)>

气相饱和度：Sg＝100-So-Sw

改变油、气、水注入比例，待流动状态达到稳定后，重复上述过程可得出另外一组油、气、水三相相对渗透率与三相饱和度的对应关系。根据饱和历程，当一相流体的流速达到零时，实验结束。为了克服实验中的滞后效应，群体样品中的每块样品，只进行一次完整的饱和历程实验。当群体样品（10-15块）均完成油、气、水三相相对渗透率试验后，可将测试数据绘制出油、气、水等渗线图上。等渗线的分度可根据试验结果而定。

对于完成上述实验用的油、气、水，可针对油藏实际问题进行模拟实验温度为20℃±1℃。

以下将结合附图1对该发明作进一步地详细描述，附图1是用于测定油藏岩心油、气、水三相相对渗透率的流程图。

参照附图1，水是通过恒速注水泵1，二通闸门7，水过滤器8，水相压力表14，注入稳定段26，油是通过恒速注油泵2，二通闸门10，油滤器9，油相压力表15注入到稳定段26;气体从钢瓶4经减压表3，二通闸门6，油水灌5，二通闸门12，气相压力表11，气体调节阀16，气相压力表17，二通闸门23，三通闸门22注入稳定段26;气体的另一条路线是气体经过气体调节阀16，气相压力表17，二通闸门20，气体流量计19，二通闸门18，贮液灌13，三通闸门22后进入稳定段26。油、气、水在稳定段26形成稳定流动以后，进入试验段27，末端段28，再流入油、气、水分离器32，在那里，油、气、水按重力差分开，气体经过皂泡流量计35流出。油和水经过排油孔38和排水孔39流出。烧杯34和33，分为回收产出的油和水。试验段两端的压力是通过入口压力表21，出口压力表29来计量的，压力差值信号通过DP15压力传感器25送给压力组合箱30，在此将压力信号转变为电信号再送给台式记录仪31。在实验中，如果台式记录仪31的工作轨迹为一条直线，入口压力表21，出口压力表29，以及压力组合箱30的指示和计数不变可认为在此油、气、水比例条件下样品内流动状态稳态，可按上述进行测定压力和产出的流量，从而计有效渗透率和相对渗透率。油、气、水饱和度的测定是通过电子读数天平36和微波仪37来完成的。

本发明已用于大庆油田油藏岩心油、气、水三相相对渗透率测定，得到了含水饱和度增加，含油饱和度减少以及含气饱和度增加饱和历程的油、气、水三相相对渗透率与三相饱和度的关系。实验用了10块大庆油田油藏样品，煤油为油相，蒸馏水为水相，压缩空气为气相，在实验温度为20°条件下，油、气、水的粘度分别为1.165、1.034和0.0181mPa.s。油和水的密度分别为0.78g/cm²和1.01g/cm³。实验结果表明，水相相对渗透率仅仅是含水饱和度的函数;而油和气相相对渗透率均为油、气、水饱和度的函数。水相等渗线平行其饱和度的分度线，油相等渗线凹向含油饱和度100%，以及气相等渗线凸向含气饱和度100%。这一实验结果已用于油藏开发的数值模拟中。