双重介质渗流窜流量表征方法及实验装置

摘要

本发明涉及石油天然气领域渗流机理研究的渗流窜流量表征方法及实验设备，具体是一种双重介质渗流窜流量表征方法及实验装置，方法包括基本数据采集形成静态数据，实验得到动态数据，将静态数据与动态数据构建矩阵数据表计算出计算出贡献值f，即得到窜流量q的表征式。实验装置包括设置在具有PLC控制片的控制柜上的操作面板和显示器；与变径岩心夹持器连通的高压气源储存罐和多粘度流体储存罐；在调压管上设置有压力泵，在流体供给管上设置有注入泵；在变径岩心夹持器的内壁上设置有压力传感器和温度传感器。本发明由于所述方法和结构而具有的优点是：简化了研究流程、降低了工作量、降低了误差、提高了表征精度。

说明书

技术领域

本发明涉及石油天然气领域渗流机理研究的渗流窜流量表征方法及实验设备，尤其是一种简化研究流程、降低工作量、降低误差、提高表征精度的双重介质渗流窜流量表征方法及实验装置。

背景技术

裂缝-基质油气藏在整个油气藏资源之中一直占着很大的比例，特别是近几年伴随着例如长庆，新疆塔里木等油田中特大低渗超低渗油气藏的探明，在这类油气藏的开采过程之中，由于人造和天然裂缝的双重作用之下，其渗流过程变得很复杂，作为解决这类油气藏中的渗流过程的双重介质模型就显得十分的重要，对于此模型最核心的便是窜流量的表征。

目前关于窜流量的计算以及实验是基于表达式

所述表达式中：

q为孔隙和裂缝之间的窜流量；α为系数，由岩块的特征量和固有属性决定；ρ₀为流体的密度；μ为流体的粘度；p₂为孔隙之中的压力；p₁为裂缝之中的压力。

上述表达式中α由岩块的特征量和固有属性决定，并且相关的科研也是围绕着α的实验及其解析表达所展开，并且做了大量的工作，较成熟的做法是给出了不同的油藏简化假设条件之下所对应的α的解析式，但是，这种方法存在天然弊端太大：

1.基于油藏的假设条件太理想化，不能真正反映待开采油气藏的特征；

2.其中研究过程太复杂，耗费大量的研究精力；

3.结果误差太大，窜流量的求导考虑因素太少。

发明内容

本发明的目的是提供一种简化研究流程、降低工作量、降低误差、提高表征精度的双重介质渗流窜流量表征方法及实验装置。

为实现上述目的而采用的技术方案是这样的，即一种双重介质渗流窜流量表征方法，其中，包括如下步骤：

第一步、对油气藏中所取岩心进行基本数据采集，该基本数据采集包括岩心渗流参数的渗透率k、孔隙度φ、束缚水饱和度s_w、岩心的截面积A、岩心的长度L；热力学参数的岩心的比热容C_s、岩心的热传导系数K_s、多粘度流体的比热容C_l、多粘度流体的热传导系数K_l；以及岩心和多粘度流体的密度ρ_s,ρ_l，多粘度流体的粘度μ_l；

第二步、将第一步中所述岩心装入实验装置的变径岩心夹持器中，将第一步中所述多粘度流体装入实验装置的供液系统中；

第三步、将第一步中所述岩心的渗透率k、孔隙度φ、束缚水饱和度s_w、岩心的比热容C_s、岩心的热传导系数K_s、多粘度流体的比热容C_l、多粘度流体的热传导系数K_l、多粘度流体的粘度μ_l、岩心和多粘度流体的密度ρ_s,ρ_l组成的基本数据，该基本数据为静态数据；所述基本数据通过统计学理论的主成分分析方法，将基本数据中各因素进行组合，每一种组合完成就对应启动实验装置，对实验装置的变径岩心夹持器内的温度T、压力p和流量Q数据的采集，采集完流量Q之后，对所采集的流量Q进行处理，得到窜流量q_实验；所采集的温度T、压力p和流量Q，以及求出的q_实验组成动态数据；q_实验的计算方程为

q_实验＝Q-q_压

式中q_压通过达西定律求得，即式中k:渗透率，A岩心的截面积，L为岩心的长度；

第四步、将第三步中所述的静态数据与动态数据构建矩阵数据表，根据所研究问题的精度要求的需要，选择需要的自变量的个数，如果选择的是三个变量,该三个变量依次为X₁、X₂、X₃，那么拟合得到窜流量q的表达式，q＝aX₁+bX₂+cX₃，a、b、c为所选变量的拟合参数值，计算出贡献值f，即得到窜流量q的表征式。

在上述方法中：不光考虑了上述的流体的密度ρ、粘度μ，以及压力p，还考虑了岩石的参数，如渗流参数，如渗透率k，孔隙度φ，束缚水饱和度s_w热力学参数，如岩石的比热容C_s，岩石的热传导系K_s，流体的比热容C_l，流体的热传导系数K_l，岩石跟流体的基本参数，如岩石跟流体的密度ρ_s，ρ_l，流体的粘度μ_l，以及实验条件，温度T，压力p。整个方法包含假设很少，对于油气藏的贴合程度很高，极大程度上减少了非系统误差对于实验结果的影响。

为实现上述目的而采用的技术方案是这样的，即一种双重介质渗流窜流量表征实验装置，其中：包括具有PLC控制片的控制柜，设置在具有PLC控制片的控制柜上的操作面板和显示器；

与高压气源储存罐通过调压管连通的变径岩心夹持器，该变径岩心夹持器通过流体供给管与多粘度流体储存罐连通；

在调压管上设置有压力泵，在流体供给管上设置有注入泵；

在变径岩心夹持器的内壁上设置有压力传感器和温度传感器，与变径岩心夹持器的内腔底部连通的液位计量器；所述压力传感器、温度传感器和液位计量器均通过导线与具有PLC控制片的控制柜连接；

所述压力泵和注入泵均由具有PLC控制片的控制柜控制启闭。

本发明由于上述结构而具有的优点是：实验过程之中不用检测维持系统的参数变化，减少了实验过程之中误差，并且还减少了人工的实验工作强度；数据采集生成自动化程度高，结果精确；不同实验条件设定简单，缩短了实验时间。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

双重介质渗流窜流量表征方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步、对油气藏中所取岩心进行基本数据采集，该基本数据采集包括岩心渗流参数的渗透率k、孔隙度φ、束缚水饱和度s_w、岩心的截面积A、岩心的长度L；热力学参数的岩心的比热容C_s、岩心的热传导系数K_s、多粘度流体的比热容C_l、多粘度流体的热传导系数K_l；以及岩心和多粘度流体的密度ρ_s,ρ_l，多粘度流体的粘度μ_l；

第二步、将第一步中所述岩心装入实验装置的变径岩心夹持器中，将第一步中所述多粘度流体装入实验装置的供液系统中；

第三步、将第一步中所述岩心的渗透率k、孔隙度φ、束缚水饱和度s_w、岩心的比热容C_s、岩心的热传导系数K_s、多粘度流体的比热容C_l、多粘度流体的热传导系数K_l、多粘度流体的粘度μ_l、岩心和多粘度流体的密度ρ_s,ρ_l组成的基本数据，该基本数据为静态数据；所述基本数据通过统计学理论的主成分分析方法，将基本数据中各因素进行组合，每一种组合完成就对应启动实验装置，对实验装置的变径岩心夹持器内的温度T、压力p和流量Q数据的采集，采集完流量Q之后，对所采集的流量Q进行处理，得到窜流量q_实验；所采集的温度T、压力p和流量Q，以及求出的q_实验组成动态数据；q_实验的计算方程为

q_实验＝Q-q_压

式中q_压通过达西定律求得，即式中k:渗透率，A岩心的截面积，L为岩心的长度；

第四步、将第三步中所述的静态数据与动态数据构建矩阵数据表，根据所研究问题的精度要求的需要，选择需要的自变量的个数，如果选择的是三个变量,该三个变量依次为X₁、X₂、X₃，那么拟合得到窜流量q的表达式，q＝aX₁+bX₂+cX₃，a、b、c为所选变量的拟合参数值【即a为X₁对应的静态数据和动态数据中的各因素，同理，b和c分别为X₂和X₃对应的静态数据和动态数据】，计算出贡献值f，即得到窜流量q的表征式。

参见附图1，图中的双重介质渗流窜流量表征实验装置，其中：包括具有PLC控制片的控制柜1，设置在具有PLC控制片的控制柜1上的操作面板2和显示器3；

与高压气源储存罐4通过调压管5连通的变径岩心夹持器6，该变径岩心夹持器6通过流体供给管7与多粘度流体储存罐8连通；

在调压管5上设置有压力泵9，在流体供给管7上设置有注入泵10；

在变径岩心夹持器6的内壁上设置有压力传感器11和温度传感器12，与变径岩心夹持器6的内腔底部连通的液位计量器13；所述压力传感器11、温度传感器12和液位计量器13均通过导线与具有PLC控制片的控制柜1连接；

所述压力泵9和注入泵10均由具有PLC控制片的控制柜1控制启闭。在该实施例中，实验过程之中不用检测维持系统的参数变化，减少了实验过程之中误差，并且还减少了人工的实验工作强度；数据采集生成自动化程度高，结果精确；不同实验条件设定简单，缩短了实验时间。

为便于控制，上述实施例中，优选地：在注入泵10前端的流体供给管7上设置有清水储存罐14，该清水储存罐14的出水端设置有控制阀。所述高压气源储存罐4的出气端设置有控制阀。所述多粘度流体储存罐8的出液端设置有控制阀，在注入泵10的出口端设置有又一控制阀。所有的控制阀均可采用由具有PLC控制片的控制柜1控制运行的电磁阀。

上述实施例中，涉及的部件均为市场销售产品。本发明所述双重介质为裂缝与基质。

结合上述结构，介绍本发明上述结构的试验流程：

第一步、对油气藏中所取岩心进行基本数据采集，该基本数据采集包括岩心渗流参数的渗透率k、孔隙度φ、束缚水饱和度s_w、岩心的截面积A、岩心的长度L；热力学参数的岩心的比热容C_s、岩心的热传导系数K_s、多粘度流体的比热容C_l、多粘度流体的热传导系数K_l；以及岩心和多粘度流体的密度ρ_s，ρ_l，多粘度流体的粘度μ_l；【将采集的数据输入具有PLC控制片的控制柜1】。

第二步、将第一步中所述岩心装入实验装置的变径岩心夹持器中，将第一步中所述多粘度流体装入实验装置的供液系统中；

第三步、将第一步中所述岩心的渗透率k、孔隙度φ、束缚水饱和度s_w、岩心的比热容C_s、岩心的热传导系数K_s、多粘度流体的比热容C_l、多粘度流体的热传导系数K_l、多粘度流体的粘度μ_l、岩心和多粘度流体的密度ρ_s，ρ_l组成的基本数据，该基本数据为静态数据；所述基本数据通过统计学理论的主成分分析方法，将基本数据中各因素进行组合，每一种组合完成就对应启动实验装置【具有PLC控制片的控制柜1控制压力泵9和注入泵10开启，对变径岩心夹持器6中的岩心供给多粘度流体和高压气源。】，对实验装置的变径岩心夹持器内的温度T、压力p和流量Q数据的采集【由压力传感器11、温度传感器12和液位计量器13将对应的数据反馈给具有PLC控制片的控制柜1】，采集的温度T、压力p和流量Q为动态数据；

第四步、具有PLC控制片的控制柜1将上述静态数据与动态数据构建如下表

所述矩阵在显示器3上显示出来；

具有PLC控制片的控制柜1利用统计学中的主成分分析的方法，将静态数据与动态数据进行组合成若干个主成分项，个数可以根据自身研究的性质及其要求来设定，分析各个单项及其主成分项对于窜流量的影响情况及其贡献值f，根据贡献值f拟合各个单项组成的主成分项与窜流量的表达式。

体的操作如下，主要使用的是主成分分析的方法，即将原来的多个因素进行组合，组合的原理依据统计学之中主成分分析的原理，原来的参数组合形成新的参数变量，变量的个数我们可以自己选择，这种组合并不是舍弃原来的变量，只是将原来的变量依据这种方法的原理进行了重新的组合，即充分利用已知的信息，选择的衡量的标准是根据该方法所计算出的贡献值f决定，例如，你选择变量个数为5个，随之就会得到一个贡献值f，例如f＝95％，即说明这5个变量的精度或者这5个变量所代表的信息包含了95％的信息，假设我们选择3个变量，依次为X₁、X₂、X₃，得到相对应的f，根据f＝q＝aX₁+bX₂+cX₃

式中：

a,b,c:回归参数，该方法直接可以求出来，与f一起在具有PLC控制片的控制柜1的显示器3上显示。

显然，上述所有实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明所述实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范畴。

综上所述，由于上述方法和结构，简化了研究流程、降低了工作量、降低了误差、提高了表征精度。