一种不同水合物饱和度状态下气水相对渗透率的单向流动测定方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种不同水合物饱和度状态下气水相对渗透率的单向流动测定方法， 属于天然气水合物资源开发领域。
【背景技术】
[0002] 天然气水合物广泛分布于陆地和海洋。据估计，全球深度在2000m以内的岩石圈浅 部所含的天然气水合物量，相当于目前已探明的常规矿物燃料总和的2倍。随着社会经济的 发展，水合物资源的开发利用得到了各国的普遍重视。
[0003] 目前，水合物藏的开采主要包括降压法、注热法、注化学剂法、气体置换法（如C02 置换法)及几种方法的组合。其中，降压法通过降低水合物储层的压力至相平衡压力之下而 使水合物发生分解;注热法通过向水合物储层提供外源热量使水合物分解;注化学剂法通 过注入水合物形成抑制剂(如盐类、甲醇等)改变水合物形成的相平衡条件而开采水合物； C02置换法通过利用C02气体置换水合物中的客体分子CH4形成更为稳定的C0 2水合物而实现 水合物的开采。
[0004] 水合物开采时，储层中的流动为气水两相渗流。作为重要的物性参数之一，气水的 相对渗透率对水合物藏在开采过程中的产气和产水等动态变化特征有决定性影响。然而， 目前对天然气水合物藏的研究较少，且研究的焦点主要集中在开发方式的选择上，对于天 然气水合物藏中的气水相对渗透率曲线仍然简单地沿用油气田开发经典理论中的相对渗 透率模型，结果的可靠性存在很大的不确定性。由于水合物藏开采过程中，水合物的饱和度 不断发生变化，不同水合物饱和度下气水相渗规律有很大不同。而实验室进行气水相对渗 透率测量时，很难保持气水两相流动过程中水合物饱和度的稳定，目前尚未建立起一种有 效的气水相对渗透率的实验测定方法，这严重制约了对天然气水合物藏中气水流动规律的 认识及相关研究。因此，有必要提出一种不同水合物饱和度时的气水相对渗透率测定方法。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一种不同水合物饱和度状态下气水相对渗透率的单向流动测定方 法，其在人工合成CH4水合物的基础上，使用N 2作为驱替气体，结合多孔介质模型驱替实验， 实现了对不同水合物饱和度状态下气水相对渗透率的测量。本发明实用性强，可以反映真 实天然气水合物藏中的气水渗流规律，对于认识天然气水合物藏中的气水流动规律，提高 不同开发方式研究结果的可靠性具有重要意义。
[0006] 本法明的具体方法为：
[0007] (1)制备多孔介质模型：将50-100目的石英砂洗净并用蒸馏水清洗3-5次，晾干之 后填入反应釜，逐层夯实，形成致密均匀的多孔介质模型；
[0008] (2)测量多孔介质模型的孔隙度:将真空栗保持负压O.IMPa对多孔介质模型抽真 空1-3小时，将蒸馏水以0.5-10mL/min的速度注入模型，见水后继续注入1.5-2.5PV，记录此 时蒸馏水的累积注入体积VdP累积产出体积V2,由式①和式②，根据模型尺寸计算模型孔隙 度Φ
[0009] VP = Vi-V2 ① V
[0010] Φ = -② tiLR-
[0011] 式中，Φ为多孔介质模型孔隙度，小数;VP为多孔介质模型孔隙体积，cm3; Vi为蒸馏 水的累积注入体积，mL; V2为蒸馏水的累积产出体积，mL; R为多孔介质模型截面半径，cm; L 为多孔介质模型长度，cm;
[0012] (3)测量多孔介质模型的绝对渗透率：以0.5-10mL/min的速度向多孔介质模型中 注入蒸馈水，待出口 ?而水流速度稳定后，测Μ水流Mq、注入〗而压力pi、出口〗而压力P2，由式 ③，计算模型绝对渗透率1^ , ullL ^
[0013] ka = -, Γ (3) πΚ^ρ,-ρ,)
[0014] 式中，ka为多孔介质模型的绝对渗透率，ym2;q为水流量，mL/S;yA蒸馏水粘度， mPa. s;pi为多孔介质模型注入端压力，K^MPa;P2为多孔介质模型出口端压力，K^MPa;
[0015] (4)生成含水合物多孔介质：用含水合物生成诱导剂SDS或THF-SDS的水溶液以 0.5-10mL/min的速度驱替模型中的蒸馏水，注入量为1.2-1.5PV，注入结束后关闭出口阀， 继续注入至预定压力p set，所述pset范围为7-10MPa，将CH4压缩至所述预定压力，打开出口 阀，保持出口端压力为所述预定压力，以〇 · 5-10mL/min的速度将CH4注入多孔介质模型，达 到预定注入量〇. 05-0.50PV后，关闭出口阀，并记录此时模型的压力ps、环境温度Ts和累积产 出水体积V 3,将模型环境温度降至1-4°C，开始水合物的生成过程，记录模型温度、压力变 化，待体系压力不再发生变化后，CH 4水合物生成过程结束；
[0016] (5)计算水合物饱和度:打开出口阀，将压力保持在5-8MPa，以0.5-10mL/min的速 度将蒸馏水注入多孔介质模型，待出口端速度稳定后，记录累积注入水体积％、累积产出水 体积V4以及在大气压P0和室内温度To下CH4的累积产出体积V6，由式④，将产出的累积CH4体 积转换为温度为T s，压力ps时的体积V7
[0017] V-, = ④
[0018] 式中，V7为产出CH4在温度为Ts，压力为ps时的体积;V6为产出CH4在温度为To，压力 为PQ时的体积，mL;To为室内温度，K;TS为多孔介质模型环境温度，K;pQ为大气压力，Pa;p s为 多孔介质模型压力，Pa; Zo为温度为To，压力为po时CH4的压缩因子;Zs为温度为Ts，压力为ps 时CH4的压缩因子，由式⑤，计算生成的CH4水合物饱和度SH
[0019] ⑤ v P
[0020] 式中，Sh为CH4水合物饱和度，小数;V3为所述步骤(4)中累积产出水体积，mL; V4为 所述步骤(5)中累积产出水体积，mL; V5为所述步骤(5)中累积注入水体积，mL;
[0021] (6)测量一定气水饱和度时的气水有效渗透率:将犯和蒸馏水以10:1的比例恒速 注入多孔介质模型中，待出口端速度稳定后，测量多孔介质模型环境温度1，注入端压力p 3、 出口端压力P4,水的流量qw，大气压PQ和室内温度IVfN2的流量qg及含水多孔介质模型的质 量m，由式⑥、式⑦、式⑧和式⑨，分别计算此时水相饱和度Sw，气相饱和度Sg，水相有效渗透 率1^以及气相有效渗透率k g
[0022] ⑥ ^ pr^w
[0023] Sg=l-Sw ⑦
[0024] K = J:J'L、 ⑧ /rR .ip广 p_') 2q,：PaLLZJin
[0025] = ?、7T ⑨
[0026] 式中，Sw为水相饱和度，小数;Sg为气相饱和度，小数;mo为多孔介质模型的质量，g; mi为含水多孔介质模型的质量，g; Pw为蒸馏水密度，g/cm3; kw为水相有效渗透率，μπι2; qw为水 流量，mL/s ; p3为多孔介质模型注入端压力，lO^MPa; P4为多孔介质模型出口端压力，10_ ^Pa; kg为气相有效渗透率，μπι2; qd温度为To，压力为po时他的流量，mL/s; Tm为多孔介质模 型的环境温度，Κ;μΑ温度为Tm，压力为(p3+p4)/2时犯的粘度，mPa.s;Z^温度为To,压力为 po时N2的压缩因子;Zm为温度为Tm，压力为(P3+P4)/2时N2的压缩因子；
[0027] (7)由式⑩，计算该气水饱和度时的水相相对渗透率krw，气相相对渗透率k rg k = - rvv / ka
[0028] , ⑩ κ k =- rg k,
[0029] 式中，krw为水相相对渗透率，小数;krg为气相相对渗透率，小数；
[0030] (8)保持总流量不变，逐渐增大所述步骤(6)中水的注入比例，重复步骤(6)-(7)， 测量不同气水饱和度下的相对渗透率，得到水合物饱和度为Sh时的气水相对渗透率数据；
[0031] (9)重复步骤（1)-(8)，通过控制所述步骤(4)中CH4的注入量，生成不同CH 4水合物 饱和度下的多孔介质模型，测量不同水合物饱和度下的气水相对渗透率数据。
【附图说明】
[0032]图1为多孔介质模型示意图；
[0033] 图2为气水相对渗透率测量示意图；
[0034]图3为气水相对渗透率曲线(CH4水合物饱和度为0.08);
[0035] 图4为气水相对渗透率曲线(CH4水合物饱和度为0.19);
[0036] 其中：1一产出流体，2-反应釜，3-测压点，4一模型外壳，5-注入流体，6-测温 点，7-广出水，8-广出气，9 一流量计，10-分尚器，11 一压力计，12-多孔介质模型，13- 阀门，14-CH4，15-N2，16-蒸馏水，17-含水合物生成诱导剂的水溶液，18-驱替栗，19一 放空阀，20-真空栗，21-恒温箱。
【具体实施方式】
[0037]为进一步公开本发明的技术方案，下面结合附图1、2、3对本发明的实施例作详细 说明，但不限于此。
[0038]下面为结合附图详细说明本发明，但不限定本发明的实施范围。
[0039] (1)制备多孔介质模型：将50~100目的石英砂洗净并用蒸馏水清洗3次，晾干之后 填入反应釜2,逐层夯实，形成致密均匀的多孔介质模型，测量多孔介质模型的尺寸数据，模 型截面半径R = 4cm，模型长度L = 90cm，模型的质量_=15000g;
[0040] (2)测量多孔介质模型的孔隙度:将真空栗20保持负压O.IMPa对多孔介质模型12 抽真空2小时，将蒸馏水16以5. OmL/min的速度注入模型12，见水后继续栗入2PV，记录此时 蒸馏水的累积注入体积化=411 OmL和累积产出体积V2 = 2785mL，由式①和式②，计算模型孔 隙度 f=〇.293
[0041 ] VP = V1-V2 = 4110-2785 = 1325cm3 V.' Π 25
[0042] φ = -t-- =--- = 0.293 /rLR~ πχ90> 4~
[0043] (3)测量多孔介质模型的绝对渗透率:5. OmL/min的速度向多孔介质模型12中注入 蒸馏水16，待出口端水流速度稳定后，测量水流量q = 5 . OmL/min、注入端压力pi = 0 · 1173MPa、出口端压力p2 = 0 · IMPa，由式③，计算模型绝对渗透率1^ = 0 · 862μπι2 , L 5x1x90 " 0,_ 2
[0044] ka --r ~ = ~~^~"r~rr~~~-· = 0.8(-)2///72 πΚ~{ρ^ -