一种电阻法测量岩石润湿性的新方法和设备与流程
本发明涉及一种测量岩石样品润湿性指数的新方法和设备，属于地球(岩石)物理领域。
2.
背景技术：
在毛管力的作用下，岩石会出现润湿流体自吸进入孔隙中，并排驱其中非润湿流体的现象。测量岩石润湿性的方法有：自吸法(amott法)、离心法、接触角法。长期以来，常用的是earlamott在1959年提出的“自吸法”。2007年在改进了某些工艺后，形成了石油行业标准“sy/t5153-2007油藏岩石润湿性测定方法”。
大量实验表明，低孔低渗岩石难以用amott法测量自吸过程中的排出液，因为润湿性引起的油水体积变化太小。amott法从油驱(老化)、自吸水排油、水驱、自吸油排水到二次油驱的整个过程中，受设备和工艺的限制，需要在不同条件(反复加温、加压)下测量，由于岩石、油、水具有不同的膨胀系数，导致排出液体积计量不准，既不利于数据对比和分析，又容易损坏样品。
由于岩石中油、水在电性上差异很大。即便是在岩石含水饱和度不变情况下，只要油水赋存状态(形状)发生变化也会引起岩石电阻变化。岩石润湿性变化就会引起油水重新分布，导致岩石电阻明显变化。选择合适的样品尺寸和电极系，使其能准确、快速测量润湿性引起的样品电阻变化。用电阻变化来描述不同阶段润湿性的变化，而不是用amott法的液位变化，由此构建相应的电阻率润湿指数及润湿性判别标准，这就是电阻法测量岩石润湿性的原理。本发明可以在相同温度、轴围压条件下完成油驱水、恒温老化、自吸水排油、水驱、自吸油排水到二次油驱的整个实验过程，监测每个过程是否合理、用定量指标确定相应的步骤是否完成。
3.
技术实现要素：
一种电阻法测量岩石润湿性的方法和实验设备。
本发明的主要目的在于提供一种指示岩石润湿性的测量方法和装置。以解决amott法测量条件变化带来误差和无法对低孔低渗岩石润湿性测量的问题。
为了实现上述目的，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种电阻率法测量岩石润湿性的方法。该方法包括：提供每个步骤一致的、稳定的测量条件；实时监测整个测量过程中岩石样品电阻变化；夹持器采用卧式驱替、立式自吸。在油驱水至束缚水状态中，采用卧式驱替，并根据电阻变化量确定老化过程是否结束；在自吸水排油过程中，将夹持器转换成立式，替换样品进端(下端)管线中的流体为地层水，保持水界面在样品的下端面，形成自吸条件，润湿性作用下，样品电阻下降，直至样品电阻趋于稳定；在水驱油过程中，再将夹持器换成卧式，样品电阻继续下降，直到样品电阻趋于稳定；在自吸油排水过程中，夹持器又转为立式，替换样品进端(下端)管线中的流体为原油，保持油界面在样品与电极之间，形成自吸条件，这时电阻开始上升，当达到一定值时趋于稳定，认为自吸油排水过程结束；把夹持器调整为卧式，进行二次油驱水，样品电阻上升，当电阻趋于稳定时，认为样品中的可动油被地层水替代了。在每个过程中监测电阻变化的同时，测量计量管中液位变化。根据不同阶段样品电阻率的相对变化量建立相应的电阻润湿指数及润湿性判别标准；计量管液位变化类似于amott自吸排出的体积量，也可以建立相应的体积润湿指数及润湿性判别标准。
为了实现上述目的，根据本发明实施例的另一方面，提供了一种岩石润湿性测量装置。该装置包括：可调节位置的岩心夹持器，用于给岩石样品施加上覆地层压力、地层侧向压力、孔隙压力，测量岩石样品两端电阻及温度；绝缘短节和压力传感器，保证电阻测量系统的绝缘、指示进出端的孔隙压力；活塞式中间容器，保证注入油气与驱替压力系统隔离并提供稳定的驱替压力；轴压和围压控制系统，为岩心夹持器提供稳定的上覆地层压力、地层侧向压力；回压控制系统，保持岩石样品的孔隙压力稳定；驱替压力控制系统，给活塞式中间容器提供稳定可控的压力；rlc电阻测量系统，用四级法测量岩石样品两端的电阻；计算机采集控制系统，对各类压力进行实时监控、分时自动记录温度、各种压力、电阻参数；恒温箱，用热风循环的方式模拟地层温度；计量管，显示自吸过程中排出液体体积。图中的细连线为信号控制线，粗黑线为流体管线。
根据发明实施例，通过实时监测“自吸排出”过程中岩石电阻率的变化来表征岩石润湿性，解决了现有技术没有考虑样品尺寸、测量条件对岩石润湿性的影响，提高了岩石润湿性的可信度和测量精度，为储层评价和改造提供实验依据。
4.附图说明
图1是用电阻率测量岩心润湿性的原理图。
图2是电阻法测量岩石润湿性装置的示意图。图中：①岩心夹持器；②多孔板；③六通阀；④压力传感器；⑤排空阀；⑥地层水容器；⑦原油容器；⑧计量管连通阀；⑨u形计量管，⑨-1是上计量管、⑨-2是下计量管；⑩rlc电桥和计算机采集控制系统；(11)轴压、围压控制系统；⑿高压平流泵；⒀恒温箱。图中的虚线框表示放入恒温箱内的器件，细连线为信号控制线，粗黑线为流体管线。
本发明由于采取以上技术方案，具有以下优点：
1)本发明利用岩石润湿性变化时，油水在岩石中的体积含量、赋存状态、分布形式都将发生变化，导致岩石电阻出现明显变化，通过测量岩石电阻率来确定润湿性变化，其检测精度远大于计量排出体积的amott法。
2)测量条件可控、每个阶段(s103至s108)的测量条件一致，结果直观、可靠。
3)根据单位时间内岩石电阻变化量，首次实现了定量化表述老化过程以及自吸排出过程。避免了行业标准sy/t5153-2007中凭经验确定老化时间、驱替饱和度的做法。
4)本发明比amott法操作更为简单、可靠。
5)在提供电阻法润湿性指数的同时，还提供了类似amott法的润湿性指数。
5.具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面根据附图并结合实施例来详细说明本发明。显然所描述的实施例只是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明实施例提供了一种电阻率法岩石润湿性的测量方法，如图1所示，该方法包括步骤如下：
步骤s101，测量岩石润湿性的样品也是柱塞样，但要求样品直径大于样品长度，通常取直径为3.81厘米的样品。根据样品埋藏深度确定实验用的轴压、围压和温度。
步骤s102，样品制备包括样品加工、洗油、洗盐、溶液配置和样品饱和等，是保证测量数据准确的必要条件。通常使用地层水作为饱和溶液。
步骤s103，卧式安装岩心夹持器，在模拟地层条件下，测量岩石样品含水电阻率r0。为了消除样品在安装、加温、加压过程中引起的含水饱和度变化，需要从进端注入2-3倍孔隙体积的地层水，确保样品中没有气泡排出。用四电级法测量样品电阻率r0，测量频率为1khz。
步骤s104，为了达到较高的含油饱和度，以恒定的压力、缓慢注入原油，夹持器出端排出样品中的水，用计量管确定排出水体积，计算样品中的含油饱和度，当样品电阻率在1小时内的增量小于1ω.m时，认为已经达到了束缚水状态，关掉进端阀门，这时油水会重新分布，等待电阻平衡，如果8小时内电阻率变化量小于1ω.m，认为样品已经完全老化，记录样品电阻率rt，计算束缚水饱和度。这时样品已经具备了自吸水排油的条件。
步骤s105，将夹持器由卧式调整为立式，开始自吸水排油。用地层水替换掉夹持器下端的原油，保持油界面在样品与多孔板之间。具体做法是利用探头上的双管结构，用有机溶剂把下端管线中的原油清洗干净，再用地层水把管线中的清洗液排挤出来，关闭阀门。调整u形管中水柱和油柱的高度，使其油水界面与样品下端面在高度上一致。再打开相应的阀门，调整u形管中水柱高度，使其略高于样品下端面1-2mm，这个过程只是将油水界面由探头与样品的接触面移到了样品中，电阻曲线会随着注入端的水进入出现快速下降，记录这时的电阻率rt1，保持测量条件不变，在润湿性作用下，观察样品自吸水排油过程，通常水液位会下降、油液位会上升，样品电阻下降。如果电阻曲线在8小时内的变化量小于1ω，认为自吸水排油过程结束，记录样品电阻率rt2，确定电阻率变化量δro1＝rt1-rt2，并在u形管的油端读出排出的油量vo1。
步骤s106，水驱油是为了确定可动油体积，使样品具备自吸油排水的条件。在夹持器下端用地层水恒流驱替样品中的原油，，每次驱替进孔隙体积的5％，等待电阻平衡后再驱进5％的水；或观察出端的液位变化，当观察到液位开始上升时停止驱动，等电阻稳定后再次驱替，直到两次水驱后，电阻率稳定在同一个值rt3，认为样品达到了残余油状态，记录样品电阻率的变化量δro2＝abs(rt2-rt3)；计量排出的油体积vo2，计算剩余油饱和度。
步骤s107，关闭上端阀，打开下端注入阀和下端排空阀，用原油替换掉管线和“多孔板”中的地层水，如果下回管中只出“油不出水”，样品电阻率几乎不变或略有上升，认为在样品底端的水已经被油全部替换，这时进(下)端管线中为原油、出(上)端管线中为水，调整u形计量管中油水界面位置与样品下端面一致，记录这时的电阻率rt4。观察样品电阻率和出端水位的变化，如果出现样品电阻上升、出端水位上升，说明样品正在进行自吸油排水，一直等到样品电阻率趋于稳定，在8小时内的变化量小于1ω，认为自吸油排水过程结束，记录样品电阻率rt5和计量管中的排出水体积vw1，计算电阻率变化量δrw1＝(rt4-rt5)。
步骤s108，二次油驱是要确定可动水体积，用原油替换掉夹持器上端管线中的水，将原油驱替注入已经含剩余油的样品，直至束缚水状态，监测不同油驱速度下样品电阻率变化，通常油驱一开始电阻增加，随后慢慢增加，停止油驱后电阻下降，反复多次，如果几次停止油驱后的电阻率接近，说明样品已经达到了束缚水状态。记录样品电阻率rt6以及计量管中的驱出水体积vw2，计算电阻率的变化量δrw2＝(rt5-rt6)。
步骤s109，润湿性指数的计算和判别，本发明提供两组反映岩石润湿性的指数：电阻法润湿性指数和自吸法润湿性指数。
电阻法水湿指数：iw＝δro1/(δro1+δro2)；
电阻法油湿指数：io＝δrw1/(δrw1+δrw2)；
电阻法的相对润湿指数：ir＝iw-io。
电阻法相对润湿指数评价储层岩石润湿性参照表
根据自吸排出液位变化计算(类似amott法)的水湿指数：ww＝vo1/(vo1+vo2)；
自吸法油湿指数：wo＝vw1/(vw1+vw2)。
自吸法相对润湿指数(amott指数)：ia＝ww-wo。
自吸法相对润湿指数评价储层岩石润湿性参照表
实施例二
本发明实施例还提供了一种电阻法测量岩石润湿性的实验装置。如图2所示，该装置可以包括：
①岩心夹持器；能模拟岩石样品在地层条件下的压力环境，测量电阻、温度、压力参数，由高压釜、加压缸、探头、温度传感器、电极系、胶套、阀门组成。在岩心夹持器中装有两个供电电极、两个测量电极，这样的探头能准确测量样品两端电阻变化，在测量润湿性时采用立式安装，下探头相对与轴压加力探头是固定探头，其中安装有电阻和温度传感器，在夹持器外壳上能指示样品下端面的位置。夹持器可以在90度范围内旋转，由卧式调整为立式，反之亦然。
②多孔板：导电的多孔金属板，通常安装在样品与下探头之间，便于更换和清除自吸流体，使样品具有更大的自吸交换面积。
③六通阀：本系统至少使用3个六通阀。第一个控制轴围压系统；第二个控制夹持器下端的流体注入、自吸、替换、清洗、平衡等作业；第三个控制夹持器上端流体的注入、排出、替换、清洗、平衡等作业。
④压力传感器：本系统至少使用4个压力传感器。轴压传感器、围压传感器、样品上端压力传感器、样品下端压力传感器。样品上下端的压力传感器是带温度补偿的高精度单晶硅传感器。
⑤排空阀：本系统使用2个排空阀，一个上端排空阀和一个下端排空阀，便于更换、清洗、平衡夹持器上下端的流体，同时调整u形计量管中的油水界面，使其与样品下端面保持在同一位置。
⑥地层水容器：耐一定压力的活塞式中间容器，给样品提供饱和流体，通常是地层水。
⑦原油容器：耐一定压力的活塞式中间容器，给样品提供驱替流体，通常是原油。
⑧计量管连通阀：连接u形计量管中的上计量管和下计量管之间的阀门，便于调节油水界面位置与样品下端面位置一致。
⑨u形计量管，这是一个带阀门的“u形管”⑨-1是上计量管、⑨-2是下计量管。在不同的自吸排驱阶段，上、下计量管中充填的流体类型不同。因为油和水的密度不同，所以产生相同压力的液柱高度不同。每次必须调整好计量管中油水界面与夹持器上样品下端的位置一致。
⑩rlc电桥和计算机采集控制系统：包括rlc电桥、计算机、传感器补偿电路、多路开关、测控软件。记录和显示与本实验有关的所有参数，并进行实时分析和提示。
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