石油仪器技术油层物理实验仪器下市公开课获奖课件

1、 石 油 仪 器 仪 表 主讲：廖明燕E-Mail：中国石油大学（华东） 09月 第1页第1页第2章 油层物理试验仪器2.1 油层物理知识2.2 岩心前处理设备2.3 常规岩心分析仪器2.4 专项岩心分析仪器2.5 岩心综合联测仪器2.6 地层流体分析仪器 复习思考题 中国石油大学（华东）工业训练中心第2页第2页 中国石油大学（华东）工业训练中心图2.4-1 水平线性稳定渗流示意图 1液体渗入率测量原理 依据达西定律，如图2.4-1所表示，液流所有流线都是互相平行，在和流动方向垂直每一个截面上所有各点渗流速度平行且相等。 2.4 专项岩心分析仪器2.4.1 岩心流动性试验仪第3页第3页 中国石

2、油大学（华东）工业训练中心 由式（2.3-26）微分形式达西公式： 分离变量并积分，得：或 （2.4-1） 式中， 液测渗入率，10-6m2；pl进口压力，0.1MPa；p2出口压力，0.1MPa； 液体粘度，mPa.s； A岩石样品过流断面面积，cm2； L岩石样品长度，cm；Q液体流量，cm3s。 2.4 专项岩心分析仪器2.4.1 岩心流动性试验仪第4页第4页 中国石油大学（华东）工业训练中心 液体渗入率试验流程如图2.4-2所表示。液体渗入率试验习惯上称之为流动性试验。 图2.4-2 流动性试验流程图1储油瓶；2恒速泵；3容器；4过滤器；5压力表；6六通阀；7岩心夹持器；8量筒；9环压

3、泵；10恒温箱2.4 专项岩心分析仪器2.4.1 岩心流动性试验仪第5页第5页 中国石油大学（华东）工业训练中心 该办法近似地模拟了地层中油气运移过程，且流动过程基本发生在连通孔隙，利用该办法能够完毕一大类专项岩心试验，能够进行酸敏、碱敏、盐敏、水敏、速敏、正反向驱替、渗入率梯度和系列流体连续接触试验，也能够用来评价泥浆、完井液对岩心影响等。 通过流动试验办法（动态办法）也能够分析岩石束缚水饱和度，其原理是在一定压力、温度和流量条件下，用油或气体驱替100饱和水岩心，将从岩心中驱出水搜集起来，用以计算岩心中束缚水饱和度。图2.4-3为由流动试验办法得到岩心含水饱和度和注入孔隙体积倍数关系曲线。

4、 2.4 专项岩心分析仪器2.4.1 岩心流动性试验仪第6页第6页 中国石油大学（华东）工业训练中心图2.4-3 含水饱和度与驱替液量关系曲线2.4 专项岩心分析仪器2.4.1 岩心流动性试验仪第7页第7页 中国石油大学（华东）工业训练中心2仪器工作原理 多功效岩心流动性试验装置，是利用电子天平称量出渗出岩心液体质量，用压力传感器测量渗入压力，通过微机系统定期采样，实时计算岩心渗入率。通过模拟油气藏温度，上覆压力，地层压力，流动情况等地层参数，进行各种驱替试验研究，为实际生产提供施工指导。主要能完毕试验包括：基础流动性试验（梯度试验）、油水相对渗入率试验、岩心敏感性评价试验和采油化学剂评价试验

5、。2.4 专项岩心分析仪器2.4.1 岩心流动性试验仪第8页第8页 中国石油大学（华东）工业训练中心图2.4-4多功效岩心流动性试验流程与装置2.4 专项岩心分析仪器2.4.1 岩心流动性试验仪围压1回压1进液1夹持器1围压2夹持器2进液2回压2阀9阀10阀11阀12第9页第9页 中国石油大学（华东）工业训练中心 3仪器构成 1）动力源 两台平流泵，一台流量范围在020ml/min，压力范围020MPa，另一台流量范围在010ml/min，压力范围040MPa，这样总压力范围将在040MPa，总流量范围在020ml/min。 2）储液单元 三只1L容积容器，两只容积200ml小型活塞式中间容器

6、。 3）试验流程 双夹持器可并可串式流程，能够模拟非均质情况下驱替情况及注入情况（双夹持器高渗、低渗并联），也能够双夹持器串联使用。 4）岩心夹持器及填砂模型 两只2575mm岩心夹持器，用来做流动试验，两只25500mm填砂管，用来做填砂试验。该仪器还配有一只25500mm梯度夹持器，带3个测压孔，用来做梯度试验。2.4 专项岩心分析仪器2.4.1 岩心流动性试验仪第10页第10页 中国石油大学（华东）工业训练中心 5）温度环境模拟单元 工作温度0200，控温精度1。 6）围压自动控制单元 最高压力50MPa ，泵体容积200ml。分手动、电动、自动三种运营方式，可实现高、中、低三档速度。

7、7）压力自动控制及计量单元。 8）油水出口计量单元。 9）真空单元。 10）数据采集处理控制模块 包括计算机、数据采集单元、打印机以及数据采集处理与控制软件。2.4 专项岩心分析仪器2.4.1 岩心流动性试验仪第11页第11页 中国石油大学（华东）工业训练中心4主要技术参数 系统耐压：50MPa； 最高工作压力：40MPa，压力计量精度0.25%； 工作温度： 室温150； 流量范围：020ml/min 流量精度1%； 天平：量程400g 分辨率0.001g； 岩心尺寸：2525500mm。2.4 专项岩心分析仪器2.4.1 岩心流动性试验仪第12页第12页 中国石油大学（华东）工业训练中心

8、1测试原理 岩心相对渗透率试验分为稳态法和非稳态法两种。 1）岩心油水相对渗透率测定 稳态法是将油、水按一定流量百分比同时恒速注入岩样，测定岩样进口、出口压力及油、水流量，由达西定律计算岩样油、水有效渗透率及相对渗透率值，并计算对应平均饱和度值。依据不同含水饱和度时油、水相对渗透率值，绘制出岩样油、水相对渗透率曲线。 非稳态法是以一维水驱油理论，按照模拟条件要求，在油藏岩样上进行恒压差或恒速度水驱油试验，在岩样出口端统计每种流体产量和岩样两端压力差随时间改变，处理得到油、水相对渗透率，并绘制出油、水相对渗透率与含水饱和度关系曲线。2.4 专项岩心分析仪器2.4.2 相对渗入率测量仪第13页第1

9、3页 中国石油大学（华东）工业训练中心 2）岩心油气相对渗入率测定 以一维两相渗流理论和气体状态方程为依据，利用非稳态恒压法进行注气驱油试验，统计气驱油过程中岩样出口端各个时刻产油量、产气量和两端压差，计算岩样油、气相对渗入率和相应饱和度，并绘制出油、气相对渗入率曲线。 3）岩心气水相对渗入率测定稳态法是将气、水按一定流量百分比同时恒速注人岩样，测定进、出口压力及气、水流量，并测定岩样含水质量，计算气、水有效渗入率和相对渗入率以及岩样含水饱和度，绘制出气、水相对渗入率与岩样含水饱和度关系曲线。 2.4 专项岩心分析仪器2.4.2 相对渗入率测量仪第14页第14页 中国石油大学（华东）工业训练中

10、心 非稳态法是以一维两相渗流理论和气体状态方程为依据，利用非稳态恒压法进行岩样气驱水试验，统计气驱水过程中岩样出口端各个时刻产气量、产水量和两端压差等数据，计算岩样气、水相对渗入率和相应含水饱和度，绘制出气、水相对渗入率曲线。 2.4 专项岩心分析仪器2.4.2 相对渗入率测量仪第15页第15页 中国石油大学（华东）工业训练中心 2. 试验流程 试验测试流程如图2.4-6所表示。该装置试验流程设计中，稳态法使用天平循环法流程；非稳态法使用计量管差压法流程。在流程出口设有回压以及冷凝装置，以便在高温试验时使用。低温试验时可绕开该部分。稳态法试验时，为避免走天平吸入管线过长，将天平放至左边柜内，岩

11、心出口也同样接至左边。除去出口部分，试验流程均可耐压40MPa。回压器压力为20MPa（正反方向）。图2.4-6相对渗入率测量试验测试流程2.4 专项岩心分析仪器2.4.2 相对渗入率测量仪第16页第16页 中国石油大学（华东）工业训练中心3. 仪器构成 相对渗入率测量仪器构成如图2.4-5所表示。该仪器能完毕采用非稳定流办法测定岩心油水相对渗入率试验，采用稳定流办法测定岩心油水相对渗入率试验和基本流动性试验。该装置配备两只容积1L立式活塞中间容器，用于缓冲泵造成压力波动以及装储无法直接用泵驱替工作液体，如：盐水，原油等。所有中间容器均能耐压40MPa。中间容器活塞用四氟材料制成。 相对渗入率

12、测定仪图2.4-5 相对渗入率测量仪器构成2.4 专项岩心分析仪器2.4.2 相对渗入率测量仪第17页第17页 中国石油大学（华东）工业训练中心 1）动力源模块 该装置将提供两台平流泵作为系统驱替试验动力源，一台驱油，一台驱水，流量范围在010ml/min，压力范围020MPa。控制软件中有超压停泵功效，以保护传感器。 2）岩心夹持器 该装置配备有一只25100mm岩心夹持器。夹持器上堵头设有双入孔和排气孔，下堵头为可调堵头，用来调整岩心长度，调整距离25mm。 3）温度环境模拟系统 主要包括恒温箱和相应控制系统，工作温度0150，控温精度1。试验时，中间容器、夹持器将置于恒温箱内以模拟地下高

13、温情况。而其它部分将在恒温箱外。 4）围压系统 使用手动计量泵给夹持器提供环压，最高压力为50MPa。2.4 专项岩心分析仪器2.4.2 相对渗入率测量仪第18页第18页 中国石油大学（华东）工业训练中心 3主要技术参数 系统耐压：40MPa； 最高工作压力：40MPa，精度0.25%； 工作温度：室温150； 恒温箱加热功率：3500W，控温精度：1； 流量范围：010ml/min，精度1%； 天平：量程400g，分辨率0.001g；量程g，分辨率0.01g； 岩心尺寸：25100mm； 围压泵：最高压力50MPa，泵体容积200ml； 渗入率测试范围 稳定流办法:（503000）10-3m

14、2（5010-3m2下列需特殊处理）；非稳定流办法:（0.0053000）10-3m2。2.4 专项岩心分析仪器2.4.2 相对渗入率测量仪第19页第19页 中国石油大学（华东）工业训练中心 1油藏岩石毛细管 油藏岩石孔隙极小，流体在其中流动空间是一些大小不等、彼此曲折相通复杂小孔道，这些孔道可当作是变断面且表面粗糙毛细管，因而能够将储层岩石当作是一个互相连通毛细管网络，流体基本流动空间是毛细管。2.4 专项岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第20页第20页 中国石油大学（华东）工业训练中心 2弯液面在毛细管中上升现象 1）毛管力公式推导 如图2.4-7（a）所表示，将洁净玻璃毛细管插入盛

15、水大烧杯内，水在毛细管内上升至一定高度h，毛细管越细，则水柱上升高度越大。这是毛细管管壁对水附着张力与毛细管管中液柱重力平衡结果。图2.4-7 毛细管中液体上升与压力互相关系2.4 专项岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第21页第21页 中国石油大学（华东）工业训练中心如图2.4-7（c），作用于三相周界上各个界面张力之间关系 （2.4-2）周界上对水柱向上拉力，其大小等于水表面张力在垂直方向上分力。由于液柱重力方向向下，当液面上升至一定高度h时，两者平衡，即： 为附着张力，是固体对水柱产生作用于单位长度三相（2.4-3） 式中，1，2 水表面张力； 水对管壁润湿角；r毛管半径； 水密度；

16、g重力加速度。 由式（2.4-3）可得（2.4-4） 2.4 专项岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第22页第22页 中国石油大学（华东）工业训练中心在图2.4-7（a）中，设弯液面内侧B点压力为 ，弯液面外侧B点压力为；水面上A点压力为 ，毛细管中A点压力为 。 依据U形管原理知 （大气压力）；而A点压力又等于 加上h高水柱产生压力。（2.4-5） （2.4-6） 式中pc为毛细管压力（简称毛管力，Capillary Pressure），它是指毛细管中弯液面两侧两种流体（非湿相流体与湿相流体）压力差，是附着张力A与界面张力 共同作用对弯液面内部产生附加压力，因而其方向是朝向弯液面凹向，大

17、小等于管中液柱产生压力，如图2.4-8示。 2.4 专项岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第23页第23页 中国石油大学（华东）工业训练中心图2.4-8 弯液面对其凹侧产生附加压力示意图（a）端部封闭毛管；（b）亲水毛管；（c）亲油毛管将式（2.4-6）代入式（2.4-4）得：（2.4-7） 式（2.4-7）即为玻璃毛管和水一气系统毛管力公式。2.4 专项岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第24页第24页 中国石油大学（华东）工业训练中心 同理可求得玻璃毛管和油一水系统毛管力公式为（2.4-8） 由式（2.4-8）能够看出，玻璃毛细管和油水系统毛管力等于h高水柱在油中产生压力。 对比式

18、（2.4-7）及式（2.4-8），两者含有相同形式（2.4-9） 式中， 两互不相溶流体间界面张力； 湿相对固体表面润湿角。 2.4 专项岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第25页第25页 中国石油大学（华东）工业训练中心 由式（2.4-9）归纳下列： 1） 毛管力 与 成正比。 90， 为负值，弯液面下降，如图2.4-8（c）所表示； 2）毛管力 和 两相界面界面张力成正比； 3）毛管力 和毛管半径r成反比，毛管半径越小，则毛管力越大，毛细管中弯液面上升（或下降）高度越大。2.4 专项岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第26页第26页 中国石油大学（华东）工业训练中心 3 压汞法岩心

19、毛管压力测量仪器 1）压汞法测量原理 压汞法岩心毛管压力测量仪器通常称之为压汞仪。在试验室条件下，利用汞对岩心非润湿性及表面张力和润湿接触角比较稳定等特性，用加压泵将汞注入到被抽真空待测岩心内。依据岩心毛管压力与孔径间关系式，可拟定孔隙喉道半径、进入孔隙中汞体积。在每个恒定压力点统计注入压力与汞注入量，可得到毛管压力曲线、与其相应汞饱和度及孔隙大小分布。2.4 专项岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第27页第27页 中国石油大学（华东）工业训练中心 实际岩石是由无数大小不等孔隙构成，孔隙与孔隙之间有是有一个或数个吼道所连结，而有孔隙与其它孔隙之间主线不连通。对于一定流体，一定半径孔隙吼道含

20、有一定毛细管压力。在用非湿相驱替湿相过程中，毛细管力是阻力，只有当外加压力等于或超出喉道毛细管压力时，非湿相才干进入孔隙，把湿相从孔隙中赶出，使非湿相饱和度增长，湿相饱和度减小。此时外加压力就相称于吼道毛细管力。随外力增大，非湿相就能够通过更小吼道进入其所连通孔隙，将湿相排出，使非湿相饱和度进一步增长，湿相饱和度进一步减小。这样，一定非湿相饱和度就会相应一定孔隙体积，但不是指和吼道半径同样大小孔隙体积，而是指等于或不小于该半径喉道所连通所有孔隙体积。 2.4 专项岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第28页第28页 中国石油大学（华东）工业训练中心 汞不润湿岩石表面，是非湿相，相对来说，岩石

21、孔隙中空气或汞蒸汽就是润湿相。往岩石孔隙中压注水银就是用非润湿相驱替润湿相。当注入压力高于孔隙之内毛细管压力时，汞即进入孔隙之中，因此注入压力就相称于毛细管压力，所相应毛细管半径即孔隙喉道半径，进入孔隙中汞体积即该喉道所连通孔隙体积。提升注入压力，汞又能够进入更小喉道所控制孔隙之中，又得到一组注入压力毛细管压力隙喉道半径；注入水银体积孔隙喉道所连通孔隙体积岩石中非湿相饱和度等相关联参数。不断改变注入压力，就能够得到孔隙大小分布曲线和毛细管压力曲线。2.4 专项岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第29页第29页 中国石油大学（华东）工业训练中心 在压汞法取得毛细管压力曲线试验当中，随压汞进程

22、达到终点最高压力以后，再逐步降压使压入岩石汞推出，便得到一条“退汞曲线”，由于岩石孔隙结构特性，退汞曲线和压汞曲线不重叠。 压汞退汞研究有助于进一步揭示储层岩石孔隙结构，退汞效率研究则有助于理解油藏采收率。 对于汞，界面张力=480达因/厘米，接触角=140则毛细管压力 （2.4-10） 2.4 专项岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第30页第30页 中国石油大学（华东）工业训练中心 2）工作流程 该仪器在结构上采用重力差原理进行设计，使退汞压力可达0.005MPa(绝对压力)下列，确保了试验连续性及完整性。图2.4-10所表示为高压孔隙结构仪(压汞仪)流程图。岩心室内顶部高于汞体积测量管

23、内以及补汞杯内初始汞面有一个特定高度，这个高度等于仪器使用时所在地以汞柱高度表示大气压数值H，如流程图上所标760mm。专门设计了高度可调补汞杯，以随时调整H使之能与试验时大气压相符。补汞杯底部与汞体积测量管底部以及岩心室底部由管线、阀门相连，互相之间阀门打开后，它们两两之间便会形成U型连通，通过调整补汞杯高度，就能够调整和控制汞体积测量管内初始汞面，确保初始汞面与岩心室顶部高度差等于试验时仪器所在地H。 2.4 专项岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第31页第31页 中国石油大学（华东）工业训练中心760mmHg12345138761815171416213029282627121110

24、920192524232239383731324035343633411、2、3、4 压力表 5、6、7、8 压力传感器 9、10抽空阀 11、12 岩心室 13、14、15 高压电磁阀 16、17、18 高压手动阀 19、20 隔离阀 21 补汞杯 22、23 汞体积计量管 24、25 差压传感器 26高压泵阀27 进液阀 28 高压泵 29 步进电机 30 酒精杯 31、32 岩心室阀33、34 补汞阀 35、36 放空阀 37 真空表38 真空放空阀 39 真空泵阀 40 真空泵 41 气体阱图2.4-10 高压孔隙结构仪(压汞仪)流程图2.4 专项岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪

25、第32页第32页 中国石油大学（华东）工业训练中心高压控制柜真空柜汞体积计量柜图4.2-9仪器整体结构图2.4 专项岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪 3）仪器结构与构成 图2.4-9是仪器整体结构效果图，主要有三个箱体：高压控制柜、汞体积计量柜、真空柜。高压控制柜内主要包括压力计量系统，高压动力系统；汞体积计量柜内主要包括高压岩心室，汞体积计量系统，补汞装置；真空柜内主要是真空系统；计算机实时数据采集处理控制系统图中并未画出，主要包括计算机、打印机、采集控制板卡等。第33页第33页 中国石油大学（华东）工业训练中心 全套仪器由高压岩心室，汞体积计量模块，压力计量模块，补汞模块，高压动力模

26、块，真空模块，计算机实时数据采集处理控制模块七大部分组成。 高压岩心室 该仪器设有两个岩心室，一次试验可同时分析两个样品。岩心室采取不锈钢材质，对称半螺纹密封，密封可靠，使用便捷。 汞体积计量模块 采取高精度差压传感器配合特制汞体积计量管进行计量，精度高、稳定性好。 压力计量模块 采取串联阶梯式计量方法，主要由四个不同量程压力表及压力传感器串联连接，由计算机控制电磁阀自动选择不同量程压力表及传感器计量不同压力段压力值，提升了测量精度。 补汞模块 主要由调整单元，汞面探测单元及汞杯组成，并由指示灯显示汞面位置。 2.4 专项岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第34页第34页 中国石油大学（华

27、东）工业训练中心 高压动力模块 由步进电机、高压泵，步进电机控制器构成。该模块可由计算机控制运营也可手动控制运营，并设有多重保护办法。 真空模块 主要有真空泵以及相关管路阀件构成。 数据采集处理及过程控制模块 该部分功效主要由计算机及高压孔隙结构仪应用软件完毕。软件采用Visual Basic6.0语言设计，能实现数据采集处理及试验过程实时自动控制，实时控制是其关键部分。数据处理模块在测试结束后可输出相关报表、曲线及参数。 输出报表、曲线有毛管压力曲线（毛管压力与汞饱和度关系曲线）；孔隙分布直方图及渗入率奉献值积累曲线；孔隙分布直方图数据表；毛管压力曲线数据表。2.4 专项岩心分析仪器2.4.

28、3 毛管压力测量仪第35页第35页 中国石油大学（华东）工业训练中心4）技术参数 可测孔隙直径范围：0.03750m； 工作压力：0.00250MPa； 真空度：0.005mmHg； 压力传感器精度：0.25%； 汞体积分辨率：30L； 真空维持时间：5min； 可测定压力点数目：100个； 压力平衡时间：60s； 最低退出压力：0.002MPa； 压力传感器量程：0.1、1、10、50MPa各一支。2.4 专项岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第36页第36页 中国石油大学（华东）工业训练中心 4离心机法毛管压力测量仪 依靠离心机高速旋转所产生离心力，代替外加排驱压力，实现饱和非润湿相（

29、润湿相）驱替润湿相（非润湿相），不同转速下两相流体离心压力差就等于毛管压力，统计不同压力下驱出流体体积，便可绘制出毛管压力曲线。 5半渗隔板法毛管压力测量仪采取抽真空或加压方法，在岩样两端建立驱替压差，把润湿相液体从孔隙中驱替出来所需压力等于对应孔隙毛管压力，依据一系列毛管压力和润湿相饱和度对应关系作图可得到毛管压力曲线。2.4 专项岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第37页第37页 中国石油大学（华东）工业训练中心2.4 专项岩心分析仪器2.4.4 岩心比面测量仪 1岩石比面（Specific Area）概念 岩石比面是指单位体积岩石总表面积，单位为mm-1，用公式表示为（2.4-11）

30、 式中，S岩石比面，m-1；A岩石颗粒总表面积，m2；V岩石骨架体积，m3。 抱负岩石模型比面主要受颗粒直径影响，随颗粒直径变小，比面变大。砂岩骨架颗粒粒级分布范围很广，因此，实际岩石比面很大，主要粒级分布为0.100.01 mm泥岩，比面不小于2300 m-1。岩石比面越大，阐明其骨架分散程度越大，构成骨架颗粒越细。 第38页第38页 中国石油大学（华东）工业训练中心 2岩石比面测定原理 岩石比面求取办法分为直接法和间接法。直接法是以KozenyCarman方程（1927）为基础建立。图2.4-14为岩石比面测定仪示意图。对于圆柱形岩石，比面计算公式为：（2.4-12） 2.4 专项岩心分析

31、仪器2.4.4 岩心比面测量仪图2.4-14 岩石比面测定示意图l一N2；2一岩心；3一u形压力计；4，5，6一阀；7一量筒第39页第39页 中国石油大学（华东）工业训练中心 3岩石比面测定仪器 图2.4-15 所表示为岩石比面测定仪，主要由岩心夹持器、和空气唧筒构成。本仪器用来测量单位颗粒体积岩石内总孔隙内表面积。 图2.4-15 岩石比面测定仪 测定期，打开排水开关，水从唧筒中流出，瓶内压力减少，空气从进气孔经岩样进入唧筒内。当压差计上水柱高H一定期，进入空气量等于排出水量，用量筒量出相应压差下流出水量，便可按公式（2.4-12）计算岩样比面。 2.4 专项岩心分析仪器2.4.4 岩心比面

32、测量仪第40页第40页 中国石油大学（华东）工业训练中心1.岩石润湿性（Wetability）概念 在存在非混相流体情况下，把某种液体延伸或附着在固体表面倾向性称为润湿性。 在固体表面滴一滴液体，液滴也许沿固体表面散开，如图2.4-16中，水滴在玻璃板上散开，我们就说这种液体润湿固体表面。 图2.4-16 液体对固体表面润湿性2.4 专项岩心分析仪器2.4.5 岩心湿润性测量仪 在固体表面滴一滴液体，液体也许以它液滴状态存在于固体表面，如图2.4-16中，水银滴在玻璃板上，我们就说这种液体不润湿固体表面。 第41页第41页 中国石油大学（华东）工业训练中心 液体对固体润湿程度通惯用润湿角（或接

33、触角）表示，如图2.4-16。 油水岩石系统润湿性分下列几种： 当90时，岩石表面亲油，水是非润湿相，油是润湿相； 当=90时，中性润湿； 当=180时，岩石表面亲水。 2.4 专项岩心分析仪器2.4.5 岩心湿润性测量仪 图2.4-16 液体对固体表面润湿性第42页第42页 中国石油大学（华东）工业训练中心 在毛管压力作用下，润湿流体含有自发吸入岩石孔隙中并排驱其中非润湿流体特性。通过测量并比较油藏岩石残余油状态（或束缚水状态）下，毛细管自吸油（或自吸水）数量和注水驱替排油量（或注油驱替排水量），定性判别油藏岩石对油（水）润湿性。 自动吸水排油量VO1与离心吸水排油量VO2代表了总水驱毛管体

34、积。润湿程度则采用自动吸水量与总可驱替毛管体积之比值（水湿指数WW）来判断，即：（2.4-13） 将残余油状态下岩心放入油中20h，测自动吸油排水量Vw1，再放入油中，在离心条件下吸油排水，测离心吸油排水量Vw2，则油湿指数Wo为：（2.4-14） 2.4 专项岩心分析仪器2.4.5 岩心湿润性测量仪第43页第43页 中国石油大学（华东）工业训练中心 2.自吸法岩石润湿性测量仪 岩石润湿性测试仪如图2.4-16所表示。本仪器采用自吸流动驱替法，可用于对胶结成型较好、能完毕油水流动驱替过程油藏岩石进行润湿性测定。通过公式（2.4-13）及（2.4-14）计算和对比，能够定性判别油藏岩石对油（水）

35、润湿性。2.4 专项岩心分析仪器2.4.5 岩心湿润性测量仪图2.4-16 岩石润湿性测试仪第44页第44页 中国石油大学（华东）工业训练中心 3. 接触角法岩石润湿性测量仪 水、油、固体系统中三相交接处，其表面能平衡关系符合杨裘比公式（2.4-15） 2.4 专项岩心分析仪器2.4.5 岩心湿润性测量仪 4. 离心机法岩石润湿性测量仪 用离心机毛管压力测量数据在直角坐标上绘制水驱油和油驱水两个过程毛管压力曲线，比较同一块岩石样品油驱水和水驱油毛管压力曲线同饱和度坐标轴所围面积大小，计算润湿指数，并判别岩样对油（水）润湿程度。第45页第45页 中国石油大学（华东）工业训练中心 1岩心电阻率测量

36、仪 在油层温度和上覆压力下，夹持器中岩样夹在两个（或多对）电极之间，应用电极补偿测量电路，测量通过电极流经岩样电流和电极之间电压，从而实现岩石电阻率直接测量。岩心电阻率定义为（2.4-15） 2.4 专项岩心分析仪器2.4.6 其它物性参数测量仪器 式中，R岩心电阻率，.m。 2. 岩心声波测量仪 固定于夹持器中岩样可绕轴心转动，岩样轴心平行于声波入射方向，对岩样进行加热升温。采用超声脉冲透射法，测量纵波或横波沿岩样长度方向传播时间，计算岩样纵、横波速度；测量、比较声波幅度随岩样长短改变，或依据岩样与参考样品中声波幅度相对改变，计算纵、横波衰减系数。第46页第46页 中国石油大学（华东）工业训

37、练中心2.5 岩心综合联测仪器2.5.1 岩心综合参数测试系统 1. 概述 岩心综合参数测试系统可在常规条件或模拟地层条件下，采用稳态或非稳态技术，同时进行测量两个以上岩心物理参数试验。功效包括测量孔隙度、绝对渗入率、饱和度、相对渗入率、岩电特性、压缩系数等参数和进行各种驱替试验。 岩心综合参数测试系统能够模拟地层压力和温度，采用各种办法对岩心进行流体测定或评价试验。包括岩心储层敏感性评价、相对渗入率测量、电性测量、提升采收率及其动态物理模拟试验等。 第47页第47页 中国石油大学（华东）工业训练中心2.5 岩心综合联测仪器2.5.1 岩心综合参数测试系统 2WS-地层条件岩心综合分析测试系统

38、试验流程 WS-地层条件岩心综合分析测试系统是经典岩心综合联测仪器，可在全模拟(水饱和度、上覆压力、地层压力和地层温度)条件对不同规格岩心作静态岩石物性参数及改变规律，动态条件下流体渗流规律模拟试验，为油气田勘探和开发提供各种参数。模拟油藏温度时可实现自动加热控温，模拟油藏压力时可实现电动加减压力。试验中上游压力和下游压力可进行量程选择，下游加装冷凝器和回压调整装置。全部试验参数均经过传感器变换实现计算机采集与处理。试验测试数据采取数据库管理，试验报表即可按预先设定格式打印输出，也可由研究人员用excel自由处理。第48页第48页 中国石油大学（华东）工业训练中心图2.5-1 WS-地层条件岩

39、心综合分析测试系统试验流程图2.5 岩心综合联测仪器2.5.1 岩心综合参数测试系统第49页第49页 中国石油大学（华东）工业训练中心3仪器功效和技术先进性 1）仪器测试功效 气、液孔隙度和孔隙体积压缩系数测定； 不同介质渗透率和变应力条件下渗透率测定； 不同条件下岩电参数测定； 岩石应力敏感参数测定； 有、无边、底水油气藏弹性驱和水驱开发试验； 气水、油水相渗透率试验； 同条件下流体开启压力梯度模拟试验； 模拟产能试验； 不同压力系统合层开采试验。2.5 岩心综合联测仪器2.5.1 岩心综合参数测试系统第50页第50页 中国石油大学（华东）工业训练中心 2）仪器技术先进性 试验流程先进，可使

40、仪器结构简练，便于操作使用； 采用三轴应力岩电夹持器设计，可在模拟油藏环境条件测量岩心电阻率改变； 在一个流程上完毕岩心孔隙度、渗入率、饱和度或电阻率测量； 上下游压力量程可切换，扩展了仪器测试范围； 试验参数完全计算机采集、控制与处理，使试验操作自动化和智能化； 采用数据库管理方式管理测试数据，使试验数据处理、使用愈加灵活以便。 2.5 岩心综合联测仪器2.5.1 岩心综合参数测试系统第51页第51页 中国石油大学（华东）工业训练中心 4技术参数 恒压恒速驱替流量：010ml/min，工作压力：40MPa，流量精度：0.01ml/min； 模拟地层温度：室温120，控制精度：1%F.S； 模

41、拟地层压力(自动跟踪控制)：070MPa，控制精度：1%F.S； 系统工作压力：40MPa； 流程管径：4或3； 数据采集精度：12bit/10k； 电阻率仪测试精度；0.5； 岩心夹持器规格：2580mm； 油气水分离自动测试统计。2.5 岩心综合联测仪器2.5.1 岩心综合参数测试系统第52页第52页 中国石油大学（华东）工业训练中心2.5 岩心综合联测仪器2.5.2 核磁共振岩心分析系统 核磁共振岩石物性分析技术起源于美国，其基本原理是利用岩样孔隙流体中氢原子核磁共振信号强度与其孔隙度成正比这一特性，来实现孔隙度分析，并在此基础上完毕渗入率、自由流体指数及束缚水饱和度等多项物性参数计算与

42、测量。核磁共振岩石物性分析能够完毕下列试验测试内容。 核磁孔隙度测量； T2 截止值测量； 可动流体测量； 渗入率测量； 含油饱和度测量； 孔径分布测量； 砂岩润湿性测量； 原油粘度测量。第53页第53页 中国石油大学（华东）工业训练中心 地层流体指存在于岩石孔隙中液态物质，如地层原油、地层水、地层天然气、天然气水合物等。地层流体物理性质是油田开发基础研究工作。 地层原油处于地层高温、高压下，且溶解有大量气体，因而与地面原油有较大差别。从原因上分析，化学构成是烃类物质物性复杂多变内因，高温、高压是烃类物质物性改变外因。地层原油有下列物性参数。 2.6 地层流体分析仪器2.6.1 地层原油物性第

43、54页第54页 中国石油大学（华东）工业训练中心2.6 地层流体分析仪器2.6.1 地层原油物性 1地层油溶解气油比（Solution Gas-Oil Ratio） 地层原油中溶有天然气，不同类型油藏地层原油溶解天然气量差异很大。溶解气油比是衡量地层原油中溶解天然气物理参数。 通常把地层油在地面进行一次脱气， 将分离出气体标准（20，0.101MPa）体积与地面脱气油体积比值称为溶解气油比。用公式表示为（2.6-1） 式中，Rs溶解气油比（20，0.101 MPa），无因次量纲；Vg一次脱气分离出天然气体积（20，0.101 MPa），m3；Vs地面脱气油体积，m3。第55页第55页 中国石油

44、大学（华东）工业训练中心 2地层油密度和相对密度 地层油密度是指单位体积地层油质量，其数学表示式为（2.6-2） 式中， 地层油密度，kgm3；m0地层油质量，kg；V。地层油体积，rn3。 地层油密度是由其构成决定。地层油构成中轻烃组分所占百分比越大，则其密度越小，反之其密度越大。由于溶解气关系，地层油密度比地面脱气油密度要低几种甚至十几种百分点。地层油密度随温度增长而减少。2.6 地层流体分析仪器2.6.1 地层原油物性第56页第56页 中国石油大学（华东）工业训练中心 3地层油体积系数 地层油体积系数B。又称原油地下体积系数，定义为原油在地下体积与其在地面脱气后体积之比。用公式表示为 （

45、2.6-3） 式中，Vf地层油体积，m3；VsVf体积地层油在地面脱气后体积，m3。 普通情况下，地下原油体积受三个原因影响：溶解气、热膨胀和压缩性。由于溶解气和热膨胀对原油体积影响（使之变大）不小于弹性压缩对原油体积影响（使之变小），因而，地层油体积总是不小于它在地面脱气后体积，即地层油体积系数不小于1。 2.6 地层流体分析仪器2.6.1 地层原油物性第57页第57页 中国石油大学（华东）工业训练中心（2.6-4） 式中，Vf地层油体积，m3； 等温条件下，体积随压力改变率，m3MPa。 由于 项中Vf与p改变关系相反，为确保Co为正值，式（2.6-4）中加负号。2.6 地层流体分析仪器2

46、.6.1 地层原油物性 4地层油等温压缩系数 地层油弹性大小用等温压缩系数Co表示。地层油等温压缩系数定义为在等温条件下单位体积地层油体积随压力改变率，用公式表示为第58页第58页 中国石油大学（华东）工业训练中心 5地层油粘度 原油粘度反应在流动过程中原油内部摩擦阻力，定义为单位面积上内磨擦力与速度梯度比值。地层原油粘度影响其在地下运移、流动及其在管道中流动能力，当原油粘度过大时，将造成油井无法正常生产。原油粘度改变范围很大，能够从零点几种mPa.s到上万mPa.s。 原油粘度取决于它化学构成、温度、溶解气油比和压力等条件。写成等式为2.6 地层流体分析仪器2.6.1 地层原油物性或 （2.

47、6-5） 地层油粘度参数与其它参数同样，能够在试验室中由高压物性仪器直接测定。第59页第59页 中国石油大学（华东）工业训练中心 高温高压地层原油物性分析仪，如图2.6-1所表示。反应筒内活塞与传动机构钢性连接直接驱动，电脑通过伺服电机直接测控反应筒内体积改变量；可程序升温，多点加温、控温；永磁磁环强力搅拌；计算机对体积、压力、温度系统全过程检测控制。图2.6-1 高温高压地层原油物性分析仪2.6 地层流体分析仪器2.6.2 原油物性分析仪器第60页第60页 中国石油大学（华东）工业训练中心2.6 地层流体分析仪器2.6.3 地层天然气物性 天然气是从地下采出可燃气体。天然气高压物性参数，如构

48、成、相对密度、压缩因子、粘度等，是石油工程基础数据。 天然气组分： 甲烷，（CH4）占绝大部分； 少许乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）和戊烷（C5Hl2）； 少许非烃类气体，如硫化氢（H2S）、二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、氮气（N2）、氧气（O2）、氢气（H2）和水蒸气（H2O）等。 天然气中有时含有微量稀有气体，如氦气（He）和氩气（Ar）等。 第61页第61页 中国石油大学（华东）工业训练中心2.6 地层流体分析仪器2.6.3 地层天然气物性 1天然气构成 构成天然气各组分及其在天然气中所占数量比值（常用百分数表示），称为天然气构成。天然气构成有三种表示办法

49、：质量构成、体积构成和摩尔构成。 天然气质量构成为： 和 （2.6-6）第62页第62页 中国石油大学（华东）工业训练中心 天然气体积构成为：和 （2.6-7） 天然气摩尔构成为： 和 （2.6-8） 对于抱负气体，体积构成等于摩尔构成。通常，质量构成与体积构成（或摩尔构成）之间能够互相换算。 ， （2.6-9）2.6 地层流体分析仪器2.6.3 地层天然气物性第63页第63页 中国石油大学（华东）工业训练中心 2天然气视相对分子质量和相对密度 天然气是多组分混合物，不能像纯组分气体那样由分子式计算出相对分子质量。为了工程计算以便，参考物理学概念，将原则情况（0，0.101 MPa）下l mo

50、l天然气质量定义为天然气“视相对分子质量”（Apparent Molecular Weight）或“平均相对分子质量”（Average Molecular Weight）。依据Kay混合法则：（2.6-10） 式中，Mg天然气视相对分子质量，gmol，其它符号物理意义同上。2.6 地层流体分析仪器2.6.3 地层天然气物性第64页第64页 天然气相对密度定义为：在原则状态（20，0.101 MPa）下，天然气密度与干燥空气密度比值，即：（2.6-11） 式中， 天然气相对密度； 天然气密度，kgm3； 干燥空气密度，kgm3。 假如将天然气和干燥空气视为抱负气体，则天然气相对密度为（2.6-1

51、2） 式（2.6-12）表明，天然气相对密度与其相对分子质量成正比。 中国石油大学（华东）工业训练中心2.6 地层流体分析仪器2.6.3 地层天然气物性第65页第65页 3压缩因子状态方程 当前在石油工程中广泛应用是压缩因子状态方程。压缩因子状态方程实质是引入压缩因子用于修正抱负气体状态方程，即 pV=nZRT （2.6-13） 式中，T气体温度，K；p气体压力（绝），MPa；V气体体积，m3；R通用气体常数，MPam3（kmolK）。 压缩因子物理意义为：在给定温度和压力条件下，实际气体所占有体积与抱负气体所占有体积之比，即（2.6-14） 中国石油大学（华东）工业训练中心2.6 地层流体分

52、析仪器2.6.3 地层天然气物性第66页第66页 4天然气体积系数和膨胀系数 1）体积系数Bg（Formation Volume Factor） 体积系数Bg定义为地面原则状态（20，0.101 MPa）下单位体积天然气在地层条件下体积，其数学表示式为（2.6-15） 式中，Vg地层条件下行mol气体体积，m3；Vsc地面原则状态下行mol气体体积，（标）m3；Bg天然气体积系数，无量纲量。 地面原则状态下天然气体积可用抱负气体状态方程表示 中国石油大学（华东）工业训练中心2.6 地层流体分析仪器2.6.3 地层天然气物性第67页第67页 地层条件下天然气体积可用压缩因子状态方程表示 将上述两

53、式代入式（2.6-15），并取原则状态Psc=0.101 325 MPa，T=（273+20）， 则（2.6-16） 式中，t地层温度，。 中国石油大学（华东）工业训练中心2.6 地层流体分析仪器2.6.3 地层天然气物性第68页第68页 2）膨胀系数Eg（Expansion Factor） 天然气膨胀系数定义为体积系数倒数，即气体地面体积与地下体积比值。其数学表示式为（2.6-17） 中国石油大学（华东）工业训练中心2.6 地层流体分析仪器2.6.3 地层天然气物性 同理，式（2.6-17）可表示为 式中，Eg天然气膨胀系数，无量纲量。（2.6-18） 第69页第69页 中国石油大学（华东）

54、工业训练中心 压缩因子不但与温度、压力相关，而且与气体性质相关。天然气是多组分混合物，其压缩因子求取方法主要受其组成影响。图2.6-2是压缩因子测量装置流程图。 试验求取天然气压缩因子方法是将一定质量天然气样品装入高压物性试验装置PVT筒中，在恒温条件下测定天然气压力和体积关系，然后利用式（2.6-14）计算不同压力下天然气压缩因子。 同理，式（2.6-17）可表示为2.6 地层流体分析仪器2.6.4 天然气压缩因子测量 式中，Eg天然气膨胀系数，无量纲量。（2.6-18） 第70页第70页 中国石油大学（华东）工业训练中心 图2.6-2是压缩因子测量装置流程图。试验求取天然气压缩因子方法是将

55、一定质量天然气样品装入高压物性试验装置PVT筒中，在恒温条件下测定天然气压力和体积关系，然后利用式（2.6-14）计算不同压力下天然气压缩因子。2.6 地层流体分析仪器2.6.4天然气压缩因子测量图2.6-2 压缩因子测量装置流程图1计量泵；2.2水银储存器；3压力表；4PVT筒及加热套；5温度计；6PVT筒顶部阀；7放空阀；8气样瓶上部阀；9计量泵阀；10PVT筒下部阀；11摇动连杆；12.2电动机：13气样瓶；14气样瓶下部N；15气量计第71页第71页2.6 地层流体分析仪器2.6.5 天然气水合物试验仪器 1天然气水合物（Natural Gas Hydrate，NGH）概念 天然气水合

56、物是一个由水和天然气（主要是甲烷）在高压和低温条件下形成笼形类冰态固体物质。它主要分布于海洋大陆架、陆坡沉积层和大陆高纬度地域永久冻土层中。迄今为止，在世界各地海洋及大陆地层中，已探明天然气水合物储量相称于全球老式能源储量两倍以上。我国南海海底天然气水合物能源总量预计相称于中国石油总量二分之一。 天然气水合物密度为0.880.90gcm3，可视为被高度压缩天然气资源，从能源角度看，天然气水合物每立方米能分解释放出160180原则立方米天然气，含气量多少取决于气体构成。天然气水合物晶体骨架由水分子靠氢键形成，而气体分子靠范德华力包围在晶格空穴之中。 中国石油大学（华东）工业训练中心第72页第72页 2天然气水合物形成条件 水合物形成除与温度、压力相关外，还与气体分子大小、结构相关。分子直径小于6.7气体（如氮气、甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、二氧化碳、硫化氢等）均可形成水合物；对于分子直径不小于6.7A气体（如正丁烷），则不易形成水合物。分子直径太小气体（如氢气），由于它同水分子范德华力太小，不足以使水化物晶格稳定，也不能形成水合物。 中国石油大学（华东）工业训练中心2.6 地层流体分析仪器2.6.5 天然