一种气水交替过程中三相相对渗透率实验装置及方法

本发明涉及实验装置，具体涉及一种气水交替过程中三相相对渗透率实验装置及方法。

背景技术：

1、油藏在经历自然能量开发和注水开发后仍存在大量的剩余油，气水交替驱采油已被证明是三次采油中最为有用的方式之一，其中就会涉及到油气水三相流动。相比于大量的关于两相流动的研究，油气水三相流的研究仍处于起步阶段，三相相对渗透率是认识油气水三相流动特征的重要参数之一，有效获取三相相对渗透率对于油藏采收率的标定、油藏数值增产、动态分析和油藏开发措施的制定具有重要意义。

2、目前，三相相对渗透率的室内实验测试方法主要难点在于高温高压下会出现注入气与原油混相，这使得准确测定原油、气和水的三相饱和度难以实现。现有测试油气水饱和度的专利中仍存在多种问题，如公开号为cn104777086a的中国专利“一种稳态流法测定超临界co2乳液三相渗透率的装置及方法”，该方法采用一维石英砂模型通过ct双能同步扫描法获取超临界co2乳液三相流体饱和度,得到不同饱和度下超临界co2乳液三相流体的相对渗透率，该方法没有提及如何解决混相的问题。

3、公开号为cn113433050a公开了“一种高温高压气-水-硫三相相对渗透率测试装置及方法”，该方法在岩心夹持器两端连接数字电桥，并通过测试岩心两端的电阻率来计算硫气水三相的饱和度；虽然该方法能够模拟高温高压的条件，但是电阻率计算饱和度的理论依据在于经验公式——阿尔奇公式(公式中的经验参数受岩石孔隙结构和测试流体的影响，即岩石不同、测试流体不同，经验参数会改变(高温高压下岩石声波及电阻率实验研究，赵发展，1998)，这难以保证计算得到的饱和度可靠。

4、综上，目前的三相相对渗透率测试方法主要存在的问题有：①大部分三相相对渗透率测试装置的计量装置外接大气压的条件，存在相态变化的情况，无法描述流体在高温高压的流动状态；②部分三相相对渗透率实验装置的适用性较窄，对于特殊岩心如碳酸盐岩不适用；③目前的三相相对渗透率实验装置实验对三相饱和度的监测结果精度不够，且无法描述混相这一特征。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种气水交替过程中三相相对渗透率实验装置及方法,实现在油藏条件下研究气水交替驱三相渗流规律，该装置精度高，极大的满足大多数渗流实验的要求。

2、本发明采用下述的技术方案：

3、一种气水交替过程中三相相对渗透率实验装置及方法，包含了包括三相流体注入系统、核磁共振系统、回压系统和计量系统；

4、所述核磁共振驱替系统包括了高温高压复合岩心夹持器(1)、夹持器加热装置(3)和核磁共振仪(5)、围压回收油泵(5)、围压注入泵(4)、压力监测装置(6)、计算机(7)；

5、所述高温高压复合岩心夹持器(1)入口端和三相流体注入系统中气体/原油混相装置(9)和水相中间容器(16)通过六通阀(12)相连，相连接的管路上设定有靠近六通阀的单向阀g和h以及三向阀i，所述气体/原油混相装置(9)入口端连接有并联的气体中间容器(14)和原油中间容器(15)，且管路上设有靠近气体/原油混相装置(9)的单向阀a和b以及压力表(13)和(10)；

6、所述高温高压复合岩心夹持器(1)出口端依次与高温高压计量装置(20)和回压阀(22)相连接，相连接的管路上设定有靠近夹持器(1)出口端的三向阀k。

7、优选的，所述气体中间容器(14)、原油中间容器(15)和水相中间容器(16)的输入端分别与气体驱替泵(17)、原油驱替泵(18)和水相驱替泵(19)的出口端相连，所述驱替泵最大注入压力为10000psi，注入速度为0.0001ml-100ml。

8、优选的，所述于水相中间容器中的水样为含一定浓度的氯化锰的地层水溶液，实现水相与油相在核磁共振结果上的区分。

9、优选的，所述气体中间容器(14)和原油中间容器(15)出口端与气体/原油混相装置(9)相连接，所述气体/原油混相装置(9)为一簇内径为100μm，长度为15cm的微流管并联而成。

10、优选的，所述高温高压复合岩心夹持器(1)分别与夹持器加热装置(3)、围压注入泵(4)、围压回收油泵(5)和夹持器压力监测装置(6)相连，其中夹持器进出口两端和压力监测装置相连管线中分别设有三通阀i和k以及管路开关j。

11、优选的，所述高温高压计量装置(20)为带有可视窗和活塞的容器，其计量精度为0.01ml。

12、优选的，所述出口端回压系统包括了回压阀(22)、压力表(21)、流体计量装置(23)和回压控制泵(24)，其中回压阀和回压控制泵间设有开关l。

13、一种气水交替过程中三相相对渗透率实验装置及方法，利用一种气水交替过程中三相相对渗透率实验装置及方法，其特征在于，包括以下步骤：

14、s1、进行气相在原油和水相中的溶解度实验，得到气相溶解度与压力间的关系；进行原油注气膨胀实验，获得原油在注入不同体积气体下的原油体积系数、原油粘度的变化规律；

15、s2、用石油醚清洗管线，并吹干实验管线，将实验所用的高压气体、原油和含氯化锰的地层水溶液放置在中间容器中，并加温至实验设定的温度；

16、s3、准备岩心，按照国家标准《gb/t 29172-2012岩心分析方法》对岩心进行洗油烘干并测量岩心的长度l、直径d和孔隙度φ、渗透率k；

17、s4、将岩心饱和含一定浓度氯化锰的地层水溶液，测量岩心饱和后的重量，并将岩心装在所述高温高压复合岩心夹持器(1)中，打开所述围压注入泵(4)排出高温高压复合岩心夹持器内空气后关闭围压油泵(5)，将围压增加到设定值；

18、s5、打开原油驱替泵(18)和原油中间容器(15)，利用回压阀(22)和回压控制泵(24)控制回压以此建立的恒定的压差，注入原油建立束缚水饱和度，记录时间、产水和产油量，在驱替不再产水后，根据产水体积计算岩心的束缚水饱和度，并测量岩心的核磁共振t1-t2谱，同时计算束缚水饱和度，对比体积法得到的束缚水饱和度和核磁共振法得到的束缚水饱和度是否相等，并矫正核磁共振参数；在注入5倍孔隙体积后，测量岩心束缚水下的油相有效渗透率，作为后续计算的参考渗透率keff；

19、计算公式如下，

20、

21、sw1＝vw/vp×100％

22、

23、keff—束缚水状态下油相有效渗透率的数值，md；

24、qo—油的流量的数值，ml/s；

25、μo—在测定温度下油的黏度的数值，mpa·s；

26、l—岩样长度，cm；

27、a—岩样截面积，cm2；

28、p1—岩样进口压力，mpa；

29、p2—岩样出口压力，mpa；

30、t2w—水相对应的核磁共振振t1-t2谱横向弛豫时间，ms；

31、m(t2w)—水相对应核磁共振t1-t2谱幅度值；

32、vw—岩心中束缚水体积，cm3；

33、vp—岩心孔隙体积体积，cm3；

34、sw1—体积法束缚水饱和度，％；

35、t2—束缚水状态下核磁共振t1-t2谱横向弛豫时间，ms；

36、m(t2)—束缚水状态下核磁共振t1-t2谱曲线幅度值；

37、sw2—核磁共振法束缚水饱和度，％；

38、s6、维持总的注入速度恒定，打开所述气体中间容器(14)、原油中间容器(15)、水相中间容器(16)和相匹配的气体驱替泵(17)、原油驱替泵(18)和水相驱替泵(19)，改变油气水的注入比例，分别模拟ddi和idd过程，记录所述夹持器两端的瞬时压差变化，利用所述高温高压计量装置(20)计量油气水三相的体积变化，计算油相、水相和气体的流量；

39、s7、将步骤6记录的参数带入渗透率公式当中，计算油相、水相和气体的相对渗透率；

40、计算公式如下，

41、

42、

43、

44、

45、

46、

47、koi—第i个饱和度下油相有效渗透率的数值，md；

48、kwi—第i个饱和度下水相有效渗透率的数值，md；

49、kgi—第i个饱和度下气相有效渗透率的数值，md；

50、qoi—第i个饱和度下油相的流量的数值，ml/s；

51、qwi—第i个饱和度下水相的流量的数值，ml/s；

52、qgi—第i个饱和度下气相的流量的数值，ml/s；

53、p1i—第i个饱和度下岩样进口压力，mpa；

54、p2i—第i个饱和度下岩样出口压力，mpa

55、μoi—第i个饱和度下原油的黏度的数值，mpa·s；

56、μwi—第i个饱和度下在测定温度下水的黏度的数值，mpa·s；

57、μgi—在测定温度下气的黏度的数值，mpa·s；

58、sgg—游离状态下的气相饱和度，％；

59、swg—溶解在水相中的的气相饱和度，％；

60、sog—溶解在原油中的气相饱和度，％；

61、kroi—第i个饱和度下油相相对渗透率的数值，小数；

62、krwi—第i个饱和度下水相相对渗透率的数值，小数；

63、krgi—第i个饱和度下气相相对渗透率的数值，小数。

64、s8、通过核磁共振测得每个三相相对渗透率点的核磁共振t1-t2谱，根据s5得到含水、含油饱和度和核磁共振t1-t2谱间的关系计算得到此时油相饱和度和水相饱和度；根据得到的油相饱和度和水相饱和度计算气相饱和度。计算公式如下：

65、

66、

67、sg＝1-so-sw

68、t2,i—核磁共振振t1-t2谱第i次横向弛豫时间，ms；

69、m(t2)i—核磁共振t1-t2谱曲线第i次横向弛豫时间对应幅度值；

70、sw—含水饱和度，％；

71、so—含油饱和度，％；

72、sg—含气饱和度，％；

73、s8、绘制油气水三相相对渗透率三角图。

74、本发明的有益效果是：

75、1、本发明不仅可以用于气水交替过程中三相相对渗透率，同时还能测定烃类气体驱替和氮气驱等两相和三相相对渗透率实验，适用范围广；此外该装置承受最大围压为20mpa，最大温度为150℃，能够满足大部分的渗流实验。

76、2、本发明通过在高温高压复合夹持器入口端采用气体/原油混相装置，能够实现在注入岩心前实现气体与原油的混相，避免在岩心中发生相态变化的情况，保证了实验的准确性。

77、3、本发明通过采用核磁共振仪来监测流体饱和度的变化，极大的提升了实验的精度，减少常规测试过程中由于加压卸压和反复拆装岩心带来的误差。

78、4、本发明采用带活塞和可视窗的高温高压计量装置来计量油气水的流量变化，有效避免因为压力变化而导致的油气相变的发生。

79、5、本发明不仅可以测得岩心的三相渗流规律，还可定量研究油气水在岩心孔隙空间中的运移规律和流体赋存特征等涉及储层微观渗流机理方面的实验。