一种二维岩石模型内的含水饱和度测量方法

摘要

本发明涉及一种二维岩石模型内的含水饱和度测量方法；在岩心模型上钻取孔，将探针放入孔中，3对探针在纵向上将岩心模型分为厚度近似的5等分；将绝缘板与岩心模型粘接；将3对探针的另一端穿过绝缘板分别与配置的6个电阻连接，通过电阻与信号处理模块和数据处理模块连接；油样由岩心模型上分布的注入井和采出井注入和采出；当饱和油量大于3倍孔隙体积后，进行零点校正；采用NaCl溶液模拟地层水，沿水平渗流，当每对触点间完全充满水时，电路连通，电流表显示数值，应用含水饱和度-电流关系曲线得到含水饱和度值；本方法保障了测试数据的有效性，提高了实验的分析能力；提供有限厚度内的纵向含水剖面变化，扩展了二维模型的研究范围。

说明书

技术领域

本发明涉及一种二维岩石模型内的含水饱和度测量方法。

背景技术

在油层物理模拟实验中，二维岩石模型能较好的模拟流体在孔隙介 质中的渗流特征而广泛应用。较为先进的实验装置已经能进行大型(＞ 300*300mm)岩石模型的压力、压差以及含水饱和度等参数的多点测量。 其中含水饱和度的测量方法普遍采用测试原理相对成熟的电阻率测量 法，而实验中发现岩石非均质性对测量结果影响很大，测量值波动幅度 大，特别是含水＜90％期间，无意义的测量点较多，实验结果的准确性及 分析深度受到限制。电阻率测量法的测试结果一般仅代表该位置在整体 厚度上的含水平均值，因而二维岩石模型的实验结果无法考虑岩石厚度 的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种二维岩石模型内的含水饱和度测量方法，其 能够提供误差＜5％的含水饱和度测量值，消除无意义点的产生，并且提 供有限厚度内纵向含水剖面的简单变化。

1.方法测试原理

将带有触点的探针预埋在岩石模型的待测位置，3对探针在纵向上将 岩心分为5个小层。供电模块向探针两端提供1000HZ、2V的交流电，测 量电路记录电路中的总电流。结合含水饱和度与电流的对应关系曲线， 可计算出测量电流对应的含水饱和度值，并且由电流数值可以识别出1～ 5层含水状况分布。

2.测试仪器及工作原理

(1)仪器结构

含水饱和度测量装置的组成(见图1)和主要功能包括：

1.)测量模块

包括：

①由探针和绝缘板构成的测试部分。

探针的功能是充分接触待测物体，每对探针间距为5mm，最外层探针 间距为6mm；纵向上相邻触点间距是可调节的，根据岩石模型厚度而定。

绝缘板是直径为8mm圆板，功能是保护探针不受外在电流的干扰，也 起到对探针的固定作用。

②6个电阻为主要构成的电路元件部分。6个电阻的阻值是经过优化 设计的，保证总电流值在电流计测量范围内并分布合理，提高测量精度。 电阻值的优化设计使5个小层内的不同含水状况所对应的电流值是具有 规律性的。

③检测电路总电流的电流计。其功能是测量电流值。

2.)信号处理模块

包括：电压转换器、电桥和存储电流值器件。

电压转换器是将220V交流电转换为1000HZ、2V的交流电，为测量模 块提供电源。高频交流的设计可以有效避免测量点处探针及水相发生的 电离作用，维持水相离子浓度的稳定。电桥的功能是测量探针反馈的电 流值，具有测量精度高和抗干扰的优点。存储电流值器件的功能是将记 录电流值。

3.)数据处理模块

数据处理模块的功能是判断信号处理模块传送的电流值，应用含水饱 和度-电流关系曲线得到含水饱和度值，并且判断出含水在5个小层内的 分布。然后数据处理程序将电流值与前一组测量点对比，插值后得到两 组间隔内的含水饱和度变化，丰富了测量数据。另外，数据处理模块还 具有数据存储功能。

(2)工作过程

以岩心进行简单水驱油开发方式为例，说明一个测量点的饱和度测 量工作过程。

①准备工作

在岩心模型上钻取直径为8mm的孔，设岩心模型厚度为h，则调节纵 向上相邻触点间距略小于2/5h，此时模型厚度近似5等分(见图2)；

将探针部分垂直放入岩心模型孔内，向孔内填入与岩石性质、大小 相近的颗粒，然后压实；将绝缘板与岩石粘接；待设计的全部探针布置 完成后，二维岩心模型整体封装，则探针部分被固定。

②按照测试流程连接饱和度测量装置(见图1)，连接其它测试部分。

③饱和油过程。岩心模型上分布有注入井和采出井，油样由注入井 低速注入，采出井采出。当饱和油量大于3倍孔隙体积后，认为饱和油 达到要求。由于油为绝缘体，因而测量探针间没有电流通过，即饱和度 测量值为零，饱和油过程结束前进行饱和度测量装置的零点校正。

④水驱过程，一般采用NaCl溶液模拟地层水。驱替过程中，注入水 沿水平渗流，当每对触点间完全充满水时，则该电路连通、电流表显示 数值，查电流值——含水饱和度对应曲线可知该岩石点的含水饱和度状 态。

以下举例介绍电流值——含水饱和度对应曲线的建立：

优化设计的电阻值见表1：

表1电阻值优化方案

  编号   a   b   c   电阻值K Ω   5.3   9   15   编号   d   e   f   电阻值K Ω   10.2   6.1   4.2

则不同连通状态下的含水饱和度与电流值对应数据见表2，含水饱和 度与电流值对应曲线见图3。

表2不同连通状态下的计算电流值

  序号   小层连通状况   含水饱和度％   电流值mA   1   1   20   0.0521   2   3   20   0.0667   3   5   20   0.0654   4   1、3   40   0.1188   5   1、5   40   0.1174   6   3、5   40   0.1320   7   1、2、3   60   0.5825   8   3、4、5   60   0.5665   9   1、3、5   60   0.1841   10   1、2、3、5   80   0.6479   11   1、3、4、5   80   0.6185   12   1～5   100   0.8712

由图3可知，20％含水间隔内电流值与含水饱和度成线性关系，只有 一个奇异点产生，因而分析具体电流值即可获得该点整体的含水饱和度 值，奇异点作单独判断即可。流体在岩石孔隙内渗流时，含水饱和度是 连续性变化的，因而对比前一组数据并结合表2中小层连通状况，还可 判断目前电流值是受到某一小层的影响，实现含水饱和度的差值，并建 立小层剖面上的含水变化情况。

与现有的电阻率测量方法比较，本发明具有以下优点：

1.简化了准备工作；

2.保障测试数据有效，提高实验分析能力；

3.提供有限厚度内的纵向含水剖面变化，扩展了二维模型的研究范围。

附图说明

图1含水饱和度测量装置的组成(突出探针设计)。

图2探针位置及小层分布示意。

图3含水饱和度与电流值对应关系曲线。

图4饱和度测试装置模块构成。

图5电阻率法饱和度场。

图6本方法的饱和度场。

图7电阻率法(1层)饱和度剖面图。

图8本方法(5层)的饱和度剖面图。

具体实施方式

饱和度测试模块由测试模块、信号处理模块和数据处理模块构成， 模块间连接关系见图4。测试过程简述如下：

测试模块的探针在测试准备阶段被预埋在岩心模型内，探针配置的 电阻部分位于高压釜外。封装后的岩心模型置入高压釜，将测试模块的 饱和度测试线与高压釜外的信号处理模块连接。信号处理模块与数据处 理模块连接，并由控制程序自动进行信号的检测、数据计算及存储等。 三个模块连接完成后，开启控制程序，饱和度测试工作即开始运行。控 制程序发出指令，信号处理模块发送额定电压信号、受探针内岩石流体 变化的影响，探针反馈的电压信号呈现相应变化。信号处理模块接收后 交由数据处理模块将电压变化规律转换为饱和度变化规律。

以常规水驱油实验为例对比电阻率方法和目前方法的测量效果。测 量结果中的数据统计见表3，饱和度场图对比见图5、6，目前方法还提 供了5个小层的剖面图见图7、8。

表3数据统计

对比可知：

①电阻率方法受有效测量点数量减少的影响，含水饱和度场图分布 有较多的不连续显示。目前含水饱和度测量方法则更为精细的描述了含 水分布状态，充分反映了水驱末期，在注采井之间形成的主渗流通道， 边部剩余油分布较多。

②电阻率方法仅能提供一层剖面，而目前方法能提供5个小层的含 水剖面图(图5)，图中显示纵向上，含水饱和度下部较高，向上略微降 低，显示出重力分异作用，而电阻率方法根本无法分析这种效果。目前 方法能提供多层含水剖面的特点将在堵水、调剖以及试剂在层内的分布 等研究中产生较大影响。