岩石中两相流体相对渗透率测定方法.ppt

岩石中两相流体相对渗透率测定方法中国石油勘探开发研究院采收率所西南油气田分公司勘探开发研究院2009年5月 1 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 一 标准修订说明二 标准的适用范围三 岩样和流体准备四 恢复岩石润湿性五 油 水相对渗透率测定六 气 液相对渗透率测定七 报告内容和格式 宣贯内容 2 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 本标准在sy t5843 1997 气水相对渗透率测定 sy t6339 1998 油气相对渗透率测定非稳态法 和sy t5345 1999 油水相对渗透率测定 三个标准的基础上进行了整合并主要做了如下修订 对岩样饱和程度的判断进行了修改 将原来的用孔隙度进行判断改为用孔隙体积判断 对相对渗透率的计算方法进行了合并整理 并增加原标准中遗漏的公式 如非稳态油 水相对渗透率计算中的含油率 统一了原标准中对有效渗透率的测量误差 修改后相对误差不大于3 统一了原标准中数据修约的不同部分 删除了原标准所有有关原始记录的格式附录 并将原标准的所有标准附录改为资料性附录 一 标准修订说明 3 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 1 标准的适用范围本标准适用于胶结砂岩岩样中两相流体相对渗透率的测定 其他类型岩样可参照执行 标准中包括稳态和非稳态两种测定相对渗透率方法 稳态法油 水相对渗透率测定适用于空气渗透率大于50md的岩样 稳态法气 水相对渗透率测定适用于空气渗透率范围0 5md 1000md的岩样 非稳态法油 水和气 油相对渗透率测定适用于空气渗透率大于5md的岩样 非稳态法气 水相对渗透率测定适用于空气渗透率大于0 01md的岩样 二 标准的适用范围 4 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 2 与渗透率有关的定义岩石的渗透率根据其测定条件可分为绝对渗透率 有效 相 渗透率和相对渗透率 定义如下 绝对渗透率 绝对渗透率是指当只有一相流体 气体或单一液体 在岩石孔隙中流动而与岩石没有物理化学作用时所求得的渗透率 通常则以气体渗透率为代表 又简称渗透率 它是岩石的自身性质 与岩石孔隙结构有关 有效渗透率 多相流体共存和流动于地层中时 其中某一相流体在岩石中通过能力的大小 就称为该相流体有效 相 渗透率 它既和岩石自身的属性有关 又和流体饱和度及其在孔隙中的分布有关 而后者又与润湿性以及饱和历史有关 二 标准的适用范围 5 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 相对渗透率 某一相流体的相对渗透率是指多相流体共存时 该相流体的有效渗透率与绝对渗透率的比值 作为比值的分母可以是空气绝对渗透率 100 水或油渗透率和束缚水状态下油的渗透率 相对渗透率反映了油层中两相流体各自渗流能力的变化规律 是预测油田水驱开发生产指标和动态变化情况的极为重要的指标 二 标准的适用范围 6 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 1 岩样的保存和钻取选择有代表性的岩样 钻成直径为2 50cm或3 80cm的圆柱 长度不小于直径的1 5倍 新鲜胶结岩样在岩心出筒后先用聚乙烯膜包好 再用锡箔纸包裹后浸蜡密封 不允许长时间暴露在空气中 以避免氧化改变岩石的润湿性 用浓度大于5 的nacl水溶液或中性煤油作循环液钻取岩样 钻取的岩样浸泡在抽空的原油中密闭保存 疏松岩样在岩心出筒后先用干冰冷冻保存 用液氮作循环液钻取岩样 三 岩样和流体准备 7 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 2 岩样清洗岩心在测试之前 应该把岩样中原来存在的流体全部清除 一般通过驱替或与各种溶剂抽提来除去烃类和盐份 岩样的清洗和烘干按sy t5336的规定执行 3 孔隙度 渗透率的测定进行相对渗透率测试之前 先测量岩样的基础参数 包括长度 直径 孔隙度 渗透率 上述参数重复测定两次 误差在规定的范围内 测定方法按sy t5336的规定执行 三 岩样和流体准备 8 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 4 岩样饱和将烘干的岩样称重 抽真空饱和模拟地层水 将饱和模拟地层水后的岩样称重 即可按下式求得有效孔隙体积 岩样饱和是否充分对测试至关重要 将岩样抽空饱和地层水后得到的孔隙体积与氦气法孔隙体积对比 二者数据应满足以下关系 三 岩样和流体准备 9 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 5 实验用流体实验用油采用精制油或用新鲜脱气 脱水原油加中性油配制模拟油 并根据各油田的实际情况选择油水粘度比 选用与原油配伍性好的精制油 避免发生沥青沉淀 实验用油在实验前应抽空过滤 实验用水根据地层水和注入水的成分分析资料配制地层水和注入水或等矿化度的标准盐水 实验用水应在实验前放置1d以上 然后用g5玻璃砂芯漏斗或0 45 m微孔滤膜过滤除去杂质 并抽空 实验用气经过加湿处理的氮气或压缩空气 三 岩样和流体准备 10 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 1 润湿性对相对渗透率影响文献综述岩石的润湿性对相对渗透率的测量有影响 国内外学者对此进行了深入的研究 morgan和mungan研究表明 采用储层液体作为实验流体可以使清洗以后岩心的润湿性变化对相对渗透率影响降低到最小 地层条件下使用地层流体测得相对渗透率才能反映地下多孔介质中油水两相的渗流情况 mungan对宾夕法尼亚地层岩心做了三种条件下的相对渗透率测量 1 在地层温度 压力下用保存完好的新鲜岩样 活油 2 在地层温度 压力下用清洗过的岩心 在活油中老化6天 活油 3 在常温常压下用清洗过的岩心 精制油 结论是前两种条件下测量的相对渗透率几乎完全一致 都具有弱亲水性质 而第三种条件下的测量结果与前两种差别较大 具有强亲水性质 四 恢复岩石润湿性 11 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 wendel和morrow等人认为将清洗成强亲水的岩心用原油老化恢复其润湿性后再用精制油测量相对渗透率 也能反映油层的实际 我们实验室也做了四种条件下的相对渗透率测试的比较 1 在地层温度 75 压力 15mpa 下 清洗过的岩心 活油 2 在50 常压下 清洗过的岩心 脱气原油 3 在常温常压下 恢复润湿性的岩心 精制油 4 在常温常压下 清洗过的岩心 精制油 结论是前三种条件下测量的相对渗透率相近 而第四种条件下的测量结果与前三种差别较大 四 恢复岩石润湿性 12 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 综上所述润湿性对相对渗透率的测量有影响 对非新鲜岩样清洗后必须恢复其润湿性 地层条件下测量相对渗透率比较困难 采用恢复润湿性的岩心和精制油的做法是可行的 2 恢复润湿性的方法建立束缚水的岩心用原油驱替精制油 在地层温度条件下老化最少10天 具体步骤按sy t5153 油藏岩石润湿性测定方法 的规定执行 将老化好的岩心用精制油驱替干净待用 四 恢复岩石润湿性 13 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 1 稳态法油 水相对渗透率测定1 实验原理稳态法测定油 水相对渗透率的基本理论依据是一维达西渗流理论 并且忽略毛管压力和重力作用 假设两相流体不互溶且不可压缩 实验时在总流量不变的条件下 将油水按一定流量比例同时恒速注入岩样 当岩心两端压差及油 水流量稳定时 岩样含水饱和度不再变化 此时油 水在岩样孔隙内的分布是均匀的 达到稳定状态 油和水的有效渗透率值是常数 因此可利用测定岩样进出口压差及油 水流量 由达西定律直接计算出岩样的油 水有效渗透率及相对渗透率值 用称重法或物质平衡法计算出岩样相应的平均含水饱和度 改变油水注入流量比例 就可得到一系列不同含水饱和度时的油 水相对渗透率值 并由此绘制出岩样的油 水相对渗透率曲线 五 油 水相对渗透率测定 14 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 2 实验流程 五 油 水相对渗透率测定 1 岩心夹持器 2 围压泵 3 水泵 4油泵 5 压力传感器 6 过滤器 7 三通阀 8 油水分离器 9 压差传感器 10 回压阀 15 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 3 实验步骤建立束缚水饱和度用油驱水法建立束缚水饱和度 先用低流速 一般为0 1ml min 进行油驱水 逐渐增加驱替速度直至不出水为止 束缚水饱和度按下式计算 测定束缚水状态下的油相渗透率如果是新鲜岩样 将浸泡在原油中的岩样在实验温度下恒温2h并抽空 装入岩心夹持器中 并在实验温度下恒温4h 用实验油驱替至不出水或达10倍孔隙体积后 测油相有效渗透率 将建立了束缚水饱和度和经过恢复润湿性的岩样装入岩心夹持器中用实验油驱替达10倍孔隙体积后 测定油相有效渗透率 五 油 水相对渗透率测定 16 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 测油相有效渗透率时连续测定三次 相对误差小于3 束缚水饱和度下的油相有效渗透率按下式计算 实验过程 将油 水按设定的比例注入岩样 待流动稳定时 记录岩样两端压差和油 水流量 称量岩样质量 用称重法时 或计量油水分离器中的油 水量变化 用物质平衡法时 改变油水注入比例 重复上述实验的测量步骤直至最后一个油水注入比结束实验 五 油 水相对渗透率测定 17 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 4 稳定的判别依据在每一级油水流量比注入时 每一种流体至少应该注入3倍岩样孔隙体积 并且岩样两端的压差稳定 同时满足以上两个条件时判定为稳定 5 油水注入比列在总速度不变的条件下 油水按照以下比例注入 油水201101511115110 五 油 水相对渗透率测定 18 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 6 计算方法用称重法计算含水饱和度 用物质平衡法计算含水饱和度 计算相对渗透率 五 油 水相对渗透率测定 19 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 2 非稳态法油 水相对渗透率测定1 实验原理非稳态法油 水相对渗透率是以buckley leverett一维两相水驱油前缘推进理论为基础 忽略毛管压力和重力作用 假设两相不互溶流体不可压缩 岩样任一横截面内油水饱和度是均匀的 实验时不是同时向岩心中注入两种流体 而是将岩心事先用一种流体饱和 用另一种流体进行驱替 在水驱油过程中 油水饱和度在多孔介质中的分布是距离和时间的函数 这个过程称非稳定过程 与油田开发过程一致 按照模拟条件的要求 在油藏岩样上进行恒压差或恒速度水驱油实验 在岩样出口端记录每种流体的产量和岩样两端的压力差随时间的变化 用 j b n 方法计算得到油 水相对渗透率 并绘制油 水相对渗透率与含水饱和度的关系曲线 五 油 水相对渗透率测定 20 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 2 实验流程 五 油 水相对渗透率测定 1 岩心夹持器 2 围压泵 3 水泵 4油泵 5 压力传感器 6 过滤器 7 三通阀 8 油水分离器 9 压差传感器 10 回压阀 21 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 3 驱动条件为了使在实验室测定油 水相对渗透率时 减少末端效应影响 使所得相对渗透率曲线能代表油层内油水渗流特征 除了所用岩样 油水性质 驱油历程等与油层条件相似外 在选择水驱油速度或驱替压差实验条件方面 还必须满足以下关系 恒速法恒压法恒压法按照确定初始驱替压差 按下式确定 五 油 水相对渗透率测定 22 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 4 实验步骤建立束缚水饱和度用油驱水法建立束缚水饱和度 先用低流速 一般为0 1ml min 进行油驱水 逐渐增加驱替速度直至不出水为止 束缚水饱和度按下式计算 测定束缚水状态下的油相渗透率如果是新鲜岩样 将浸泡在原油中的岩样在实验温度下恒温2h并抽空 装入岩心夹持器中 并在实验温度下恒温4h 用实验油驱替至不出水或达10倍孔隙体积后 测油相有效渗透率 将建立了束缚水饱和度或经过恢复润湿性的岩样装入岩心夹持器中用实验油驱替达10倍孔隙体积后 测定油相有效渗透率 五 油 水相对渗透率测定 23 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 测定束缚水状态下的油相渗透率测油相有效渗透率时连续测定三次 相对误差小于3 束缚水饱和度下的油相有效渗透率按下式计算 实验过程 按照驱替条件的要求 选择合适的驱替速度或驱替压差进行水驱油实验 准确记录见水时间 见水时的累积产油量 累积产液量 驱替速度和岩样两端的驱替压差 见水初期 加密记录 根据出油量的多少选择时间间隔 随出油量的不断减少 逐渐加长记录的时间间隔 含水率达到99 95 时或注水30倍孔隙体积后 测定残余油下的水相渗透率 结束实验 新鲜岩样必须用deanstark抽提法确定实验结束时的含水量 反算束缚水饱和度和相应的含水饱和度 五 油 水相对渗透率测定 24 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 5 计算方法相对渗透率按下式计算 出口端面含水饱和度 五 油 水相对渗透率测定 25 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 6 详细计算步骤计算平均饱和度和无因次累计采液量绘制平均饱和度 y vs 无因次累计采液量 x 导数为含油率welge公式根据下面welge公式计算平均饱和度与出口端饱和度的差值 五 油 水相对渗透率测定 26 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 岩心的含水饱和度等于出口端饱和度与束缚水饱和度之和 绘制油 水体积与时间的关系曲线 计算油 水的流速和总流速 计算相对注入能力i绘制vs 关系曲线 求导数 计算相对渗透率 五 油 水相对渗透率测定 27 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 1 稳态法气 水相对渗透率测定1 实验原理同稳态法油水相对渗透率2 实验流程 六 气 液相对渗透率测定 28 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 3 实验步骤测水相渗透率 将已饱和模拟地层水的岩样装入岩心夹持器 用驱替泵以一定的压力或流速使地层水通过岩样 待岩样进出口的压差和出口流量稳定后 连续测定三次水相渗透率 其相对误差小于3 建束缚水 用加湿氮气或压缩空气驱水 建立岩样的束缚水饱和度 并测量束缚水状态下气相有效渗透率 将气 水按一定的比例注人岩样 等到流动稳定时 测定进 出口压差和气 水流量以及含水岩样质量 水的比例逐渐增大 实验至气相相对渗透率值小于0 005后 测定水相渗透率 结束实验 六 气 液相对渗透率测定 29 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 4 计算方法按照达西公式计算气相 水相的有效渗透率 相对渗透率 六 气 液相对渗透率测定 30 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 2 非稳态法气 油 水 相对渗透率测定1 实验原理同非稳态法油水相对渗透率2 实验流程 六 气 液相对渗透率测定 31 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 3 实验步骤将已饱和模拟地层水的岩样装入岩心夹持器 用驱替泵以一定的压力或流速使地层水通过岩样 待驱替岩样进出口的压差和出口流量稳定后 连续测定三次水相渗透率 其相对误差小于3 此水相渗透率作为水 气相对渗透率的基础值 测定油 气相对渗透率时用油驱水的方法建立束缚水 直至不出水为止 记录驱出的水量 计算岩样的束缚水饱和度 测定束缚水饱和度下油相的有效渗透率 待岩样进出口的压差和出口流量稳定后选三个压力点进行测定 相时误差小于3 取其算术平均值 此油相有效渗透率作为油 气相对渗透率的基础值 六 气 液相对渗透率测定 32 2009年5月 中国石油勘探开发研究院采收率所 根据空气渗透率 水相渗透率及束缚水条件下油的有效渗透率 选取合适的驱替压差 初始压差必须保证既能克服末端效应又不产生紊流 初始气驱油 水 速度在7ml min 30ml min之间为宜 调整好出口油 水 气体积计量系统 开始气驱油 水 记录各个时刻的驱替压力 产油量 产气量 气驱油 水 至残余油 水 状态 测定残余状态下气相有效渗透率后结束实验 在残余油 水 状态下 完成气的有效渗透率测定后 在1 2和1 4驱替压力下分别测定气的有效渗透率 判断是否产