專利名稱：檢測(cè)油水分相滲流阻力梯度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于油層物理研究領(lǐng)域，涉及油水兩相滲流時(shí)分相滲流阻力梯度的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法，即能區(qū)別測(cè)量油水兩相滲流時(shí)油相滲流阻力梯度和水相滲流阻力梯度。

背景技術(shù)：
在經(jīng)典的滲流理論DARCY定律中，流體的滲流阻力被忽略不計(jì)，只要有驅(qū)替動(dòng)力，流體就會(huì)在儲(chǔ)層中流動(dòng)。近年的國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，油水滲流過程中，尤其是低滲透儲(chǔ)層的油水滲流，其滲流阻力對(duì)油水的地下運(yùn)移活動(dòng)影響很大。眾所周知，物體在運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)受到阻力作用。與物體的運(yùn)動(dòng)一樣，油水兩相滲流時(shí)，不同相的流體(即油和水)都會(huì)受到相應(yīng)的阻力作用，二者的大小往往互不相同，而且隨巖石類型、流體類型、流體飽和度和流體滲流速度而變化。滲流力學(xué)中，常用滲流阻力梯度來表征流體滲流過程中所受阻力的大小。不同流體相所受的滲流阻力梯度，被稱為分相滲流阻力梯度，比如油所受到的滲流阻力梯度稱為油相滲流阻力梯度，水所受到的滲流阻力梯度稱為水相滲流阻力梯度。
目前，滲流阻力梯度的實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)發(fā)展較為緩慢，主要是由于對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)條件的要求較高，而且需要花費(fèi)不少的時(shí)間和資金。從國內(nèi)外已開展的研究工作看來，單相滲流過程中，滲流阻力梯度的測(cè)試方法已經(jīng)基本成熟，而油水兩相共同滲流過程中分相滲流阻力梯度的測(cè)試還存在很大困難，也就是說，油水共同滲 流時(shí)，傳統(tǒng)方法不能區(qū)別測(cè)量出油相滲流阻力梯度和水相滲流阻力梯度的大小。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)油水共同滲流時(shí)傳統(tǒng)方法不能區(qū)別測(cè)量油相滲流阻力梯度和水相滲流阻力梯度的問題，提出了新的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)方案。
本實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法是這樣實(shí)現(xiàn)的 根據(jù)廣義滲流描述方法可知，對(duì)非線性滲流曲線上的任何一個(gè)微分線性滲流段而言，它所對(duì)應(yīng)的流態(tài)都可用線性方程(1)來描述。式中，

為流體相l(xiāng)的滲流速度(l代表油或水)，Krlp為擬相對(duì)滲透率，rl為流體相l(xiāng)的滲流阻力梯度，

為驅(qū)替壓力梯度，ul為流體相l(xiāng)的粘度，K為巖石的絕對(duì)滲透率。

在某一巖石類型、流體類型和流體飽和度條件下，求與任一流速

相對(duì)應(yīng)的流體相l(xiāng)的滲流阻力梯度的過程，可分以下幾個(gè)步驟進(jìn)行。
(1)采用流量-壓差關(guān)系實(shí)驗(yàn)流程，建立油水兩相滲流過程中流體滲流速度

與反向驅(qū)替壓力梯度

之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系(反向驅(qū)替壓力梯度即為驅(qū)替壓力梯度

的相反數(shù)。取流體的滲流方向?yàn)檎较颍瑒t驅(qū)替壓力梯度為負(fù)值，而反向驅(qū)替壓力梯度等于驅(qū)替壓力梯度的相反數(shù)，其值為正；反向驅(qū)替壓力梯度在數(shù)值上等于驅(qū)替壓差除以巖芯長度)； (2)在任一速度

的某個(gè)鄰域內(nèi)取兩個(gè)速度點(diǎn)


其中，


此處

為一個(gè)充分小的流速值(一般取0.001mL/min)，這樣做的目的是，讓三個(gè)速度

和


所對(duì)應(yīng)的滲流點(diǎn)位于同一個(gè)微分線性滲流段j內(nèi)，設(shè)該微分線性滲流段的擬相對(duì)滲透率和滲流阻力梯度分別為Krlpj、rlj，則由式(1)可得到該微分線性滲流段的滲流描述方程為
(3)由滲流曲線中

與

的對(duì)應(yīng)關(guān)系，用插值方法求出分別與


相對(duì)應(yīng)的反向驅(qū)替壓力梯度
(4)由于兩組滲流點(diǎn)坐標(biāo)


都滿足微分線性滲流段j的滲流描述方程(2)式，將這兩組滲流坐標(biāo)點(diǎn)代入方程(2)后得到一個(gè)方程組，求解該方程組可得rlj如下
根據(jù)以上關(guān)系制定本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)測(cè)量步驟如下 (1)將測(cè)試樣品固定在試驗(yàn)臺(tái)上，通過控制泵速，保持油速不變，以不同的水速進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，待油、水流速和驅(qū)替壓差穩(wěn)定后，記錄油速、水速和驅(qū)替壓差，并用稱重法求出相應(yīng)的水飽和度； (2)變換油速，重復(fù)步驟(1)中的操作過程，得到驅(qū)替壓差與油速、水速的關(guān)系表以及水飽和度與油速、水速的關(guān)系表； (3)通過驅(qū)替壓差和油速、水速的關(guān)系表以及巖芯長度，建立反向驅(qū)替壓力梯度與油速、水速的關(guān)系表； (4)通過反向驅(qū)替壓力梯度與油速、水速的關(guān)系表和水飽和度與油速、水速的關(guān)系表，可以建立不同流體速度下反向驅(qū)替壓力梯度與水飽和度的關(guān)系表； (5)根據(jù)不同流體流速下反向驅(qū)替壓力梯度與水飽和度的關(guān)系表，采用插值方法計(jì)算得出目標(biāo)水飽和度swobj下不同流體流速與反向驅(qū)替壓力梯度間的關(guān)系表； (6)在目標(biāo)水飽和度swobj條件下，在任一流體流速

的某個(gè)鄰域內(nèi)取兩個(gè)速度點(diǎn)


其中，

此處

為一個(gè)充分小的值(比如0.001mL/min)； (7)由目標(biāo)水飽和度swobj條件下的流體流速

與反向驅(qū)替壓力梯度

的對(duì)應(yīng)關(guān)系表，用插值方法求出分別與

相對(duì)應(yīng)的反向壓力梯度

并將體積流速

分別轉(zhuǎn)換成滲流速度
(8)根據(jù)計(jì)算式

計(jì)算得出流體相l(xiāng)在目標(biāo)水飽和度swobj和流體流速

條件下的滲流阻力梯度值rlj。



圖1是分相滲流阻力梯度的測(cè)試裝置示意圖。

具體實(shí)施例方式 下面參照附圖通過具體實(shí)驗(yàn)對(duì)本發(fā)明的方法作進(jìn)一步說明。
1、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及流程要求 分相滲流阻力梯度的實(shí)驗(yàn)測(cè)試流程與一般的流量-驅(qū)替壓差關(guān)系實(shí)驗(yàn)相同。實(shí)驗(yàn)流程要求采用低速、穩(wěn)定的高精度泵和靈敏、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的壓力傳感器。此實(shí)驗(yàn)建議最好采用QUIZIX四缸柱塞泵，其最小校正流量0.0008mL/min；采用不同量程的二套壓力傳感器，實(shí)驗(yàn)前同時(shí)校正零點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)后再次校核零點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)采用在線數(shù)據(jù)記錄和處理軟件，檢測(cè)壓力穩(wěn)定趨勢(shì)，并判斷讀取穩(wěn)定的壓力測(cè)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)室和恒溫箱要有良好的控溫裝備，用以保證穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度(實(shí)施例中保持在22℃的常溫下進(jìn)行實(shí)驗(yàn))。滲流阻力梯度的測(cè)試裝置圖如圖1所示。
2、準(zhǔn)備好巖芯樣品和相應(yīng)的油、水樣品，并按圖1準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)裝置。
3、實(shí)驗(yàn)測(cè)定步驟 (1)將測(cè)試樣品固定在試驗(yàn)臺(tái)上，通過控制泵速，保持油速不變，以不同的水速進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，待油、水流速和驅(qū)替壓差穩(wěn)定后，記錄油速、水速和驅(qū)替壓差，并用稱重法求出相應(yīng)的水飽和度； (2)變換油速，重復(fù)步驟(1)中的操作過程，得到驅(qū)替壓差與油速、水速的關(guān)系表以及水飽和度與油速、水速的關(guān)系表； (3)通過驅(qū)替壓差和油速、水速的關(guān)系表以及巖芯長度，建立反向驅(qū)替壓力梯度與油速、水速的關(guān)系表； (4)通過反向驅(qū)替壓力梯度與油速、水速的關(guān)系表和水飽和度與油速、水速的關(guān)系表，可以建立不同流體速度下反向驅(qū)替壓力梯度與水飽和度的關(guān)系表； (5)根據(jù)不同流體流速下反向驅(qū)替壓力梯度與水飽和度的關(guān)系表，采用插值方法計(jì)算得出目標(biāo)水飽和度swobj下不同流體流速與反向驅(qū)替壓力梯度間的關(guān)系表； (6)在目標(biāo)水飽和度swobj條件下，在任一流體流速

的某個(gè)鄰域內(nèi)取兩個(gè)速度點(diǎn)

其中，

此處

為一個(gè)充分小的值(比如0.001mL/min)； (7)由目標(biāo)水飽和度swobj條件下的流體流速

與反向驅(qū)替壓力梯度

的對(duì)應(yīng)關(guān)系表，用插值方法求出分別與

相對(duì)應(yīng)的反向壓力梯度

并將體積流速

分別轉(zhuǎn)換成滲流速度
(8)根據(jù)計(jì)算式

計(jì)算得出流體相l(xiāng)在目標(biāo)水飽和度swobj和流體流速

條件下的滲流阻力梯度值rlj。
本發(fā)明的檢測(cè)方法所使用的檢測(cè)設(shè)備，由四缸Qizix連續(xù)流泵1、壓力傳感器2、巖芯夾持器3、巖芯4、恒溫箱5、手動(dòng)泵6、計(jì)算機(jī)7、計(jì)量儀8和六通閥9組成。四缸連續(xù)流泵1通過六通閥9與巖心夾持器3相連，并通過手動(dòng)泵6給巖芯夾持器3提供圍壓，巖芯夾持器3設(shè)置在恒溫箱5中，壓力傳感器2安裝在六通閥9上，四缸Qizix連續(xù)流泵1提供的流體經(jīng)過六通閥9傳遞到巖心夾持器3，進(jìn)入巖心4，流出的液體進(jìn)入計(jì)量儀8，產(chǎn)生的壓力通過壓力傳感器2檢測(cè)，并經(jīng)數(shù)據(jù)線傳到計(jì)算機(jī)7，被數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接受和記錄。
實(shí)施例 1、準(zhǔn)備好巖芯樣品和相應(yīng)的油、水樣品，并按圖1準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)裝置。
實(shí)驗(yàn)巖芯本實(shí)例中所用巖芯為牛4-11/31，巖芯參數(shù)如表1所示。 表1 實(shí)驗(yàn)巖芯參數(shù) 實(shí)驗(yàn)用水3％KCL水溶液，密度為0.9992g/cm3，常溫(22℃)下粘度為1mPa.s。
實(shí)驗(yàn)用油用煤油與白油配置而成，常溫下密度為0.8537g/cm3，粘度為1.15mPa.s。
2、實(shí)驗(yàn)測(cè)定步驟 (1)通過控制泵速，保持油速0.0015mL/min不變，以不同的水速進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)(水速分別為0.0015、0.004、0.012、0.023、0.038、0.114、0.228mL/min)，待油、水流速和驅(qū)替壓差穩(wěn)定后，記錄油速、水速和驅(qū)替壓差，并用稱重法求出相應(yīng)的流體飽和度； (2)變換油速(將油的體積流速分別設(shè)置成0.004、0.012、0.023、0.038、0.114、0.228mL/min)，重復(fù)步驟(1)中的操作過程，可得到驅(qū)替壓差和油速、水速的關(guān)系表(表2)；同理，也可以得到水飽和度與油速、水速的關(guān)系表(表3)；表2 驅(qū)替壓差與油速、水速的關(guān)系表
表3 水飽和度與油速、水速的關(guān)系表
(3)通過驅(qū)替壓差和油速、水速的關(guān)系表(即表2)以及巖芯長度，建立反向驅(qū)替壓力梯度與油速、水速的關(guān)系表(表4)； 注在表4中，壓力的單位為MPa，而表2中壓力的單位為psi，二者的換算關(guān)系為 1psi＝4.8947572×10-3MPa；表4 反向驅(qū)替壓力梯度與油速、水速的關(guān)系表
(4)通過反向驅(qū)替壓力梯度與油速、水速的關(guān)系表(表4)和水飽和度與油速、水速的關(guān)系表(表3)，可以建立不同流體速度下反向驅(qū)替壓力梯度與水飽和度的關(guān)系表(見表5)； 表5 不同流體速度下反向驅(qū)替壓力梯度與水飽和度的關(guān)系表
(5)根據(jù)不同流體速度下反向驅(qū)替壓力梯度與水飽和度的關(guān)系表(表5)，采用插值方法計(jì)算得出目標(biāo)水飽和度swobj下不同流體流速(本實(shí)例中為油相流速)與反向驅(qū)替壓力梯度間的關(guān)系表(見表6)； 注本實(shí)例中swobj＝0.55；在插值過程中，水飽和度要轉(zhuǎn)換成小數(shù)。比如，要插值計(jì)算得出在油相流速為0.0015mL/min條件下、與水飽和度0.55相對(duì)應(yīng)的反向驅(qū)替壓力梯度，所用到的插值數(shù)據(jù)點(diǎn)不是(54.6，0.042)和(57.3，0.080)，而應(yīng)是(0.546，0.042)，(0.573，0.080)，即必須把用百分?jǐn)?shù)表示的水飽和度54.6和57.3，轉(zhuǎn)變成用小數(shù)表示的水飽和度0.546和0.573。表6 水飽和度為0.55時(shí)不同油相流速與反向驅(qū)替壓力梯度間的關(guān)系表 (6)在目標(biāo)水飽和度swobj條件下，在任一流體流速

的某個(gè)鄰域內(nèi)取兩個(gè)速度點(diǎn)

其中，

此處

為一個(gè)充分小的值(比如0.001mL/min)； 在本實(shí)例中，swobj＝0.55，

為油相流速



(7)根據(jù)目標(biāo)水飽和度swobj條件下流速

與反向驅(qū)替壓力梯度

的對(duì)應(yīng)關(guān)系表，用插值方法求出分別與

相對(duì)應(yīng)的反向壓力梯度

并將流體的體積流速

轉(zhuǎn)換成滲流速度
在本實(shí)例中，根據(jù)步驟(6)中的

值和表6，插值計(jì)算可得 轉(zhuǎn)換后得到的滲流速度為


(8)將步驟(7)中得到的

和滲流速度

代入計(jì)算式

其最終計(jì)算結(jié)果為rlj＝roj＝0.022370MPa/m；即在水飽和度為0.55、油相流速為0.021mL/min條件下的油相滲流阻力梯度為0.022370MPa/m。
權(quán)利要求
1、油水分相滲流阻力梯度的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)方法，其特征在于實(shí)驗(yàn)測(cè)量步驟如下
(1)將測(cè)試樣品固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，控制泵速，保持油速不變，以不同的水速進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，待油、水流速和驅(qū)替壓差穩(wěn)定后，記錄油速、水速和驅(qū)替壓差，并用稱重法求出相應(yīng)的水飽和度sw；
(2)變換油速，重復(fù)步驟(1)中的操作過程，得到驅(qū)替壓差和油速、水速的關(guān)系表以及水飽和度與油速、水速的關(guān)系表；
(3)通過驅(qū)替壓差和油速、水速的關(guān)系表以及巖芯長度，建立反向驅(qū)替壓力梯度與油速、水速的關(guān)系表；反向驅(qū)替壓力梯度為驅(qū)替壓力梯度的相反數(shù)，它在數(shù)值上等于驅(qū)替壓差除以巖芯長度；
(4)通過反向驅(qū)替壓力梯度與油速、水速的關(guān)系表和水飽和度與油速、水速的關(guān)系表，可建立不同流體流速下反向驅(qū)替壓力梯度與水飽和度的關(guān)系表；
(5)根據(jù)不同流體速度下反向驅(qū)替壓力梯度與水飽和度的關(guān)系表，采用插值法計(jì)算出目標(biāo)水飽和度swobj下不同流體流速與反向驅(qū)替壓力梯度間的關(guān)系表；
(6)在目標(biāo)水飽和度swobj條件下，在任一流體流速
的某個(gè)鄰域內(nèi)取兩個(gè)速度點(diǎn)
其中，
此處
為一個(gè)充分小的值，比如0.001mL/min；
(7)由目標(biāo)水飽和度swobj條件下流體流速
與反向驅(qū)替壓力梯度
的對(duì)應(yīng)關(guān)系表，用插值法求出分別與
相對(duì)應(yīng)的反向壓力梯度
并將體積流速
分別轉(zhuǎn)變成滲流速度
(8)根據(jù)計(jì)算式
計(jì)算得出流體相i在目標(biāo)水飽和度swobj和滲流速度
條件下的滲流阻力梯度值rij。
在實(shí)驗(yàn)過程內(nèi)的步驟(1)至步驟(7)中，進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理時(shí)，采用的流體流速是體積流速
其量綱為mL/min，在步驟(8)中做最終計(jì)算時(shí)，則采用的流體流速為滲流速度
其量綱為um/s。體積流速除以巖芯橫截面積則為流體的滲流速度，二者的轉(zhuǎn)換關(guān)系為
式中，
滲流速度，um/s；
體積流速，mL/min；r；巖心半徑，cm。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)方法所使用的檢測(cè)設(shè)備，其特征在于由四缸Qizix連續(xù)流泵、六通閥、壓力傳感器、巖心夾持器、巖芯、恒溫箱、手動(dòng)泵、計(jì)算機(jī)和計(jì)量儀組成。四缸連續(xù)流泵通過六通閥與巖心夾持器相連，巖芯夾持器設(shè)置在恒溫箱中，壓力傳感器安裝在六通閥上，泵提供的流體經(jīng)過六通閥傳遞到巖心夾持器，進(jìn)入巖心，流出的液體進(jìn)入計(jì)量儀，產(chǎn)生的壓力通過壓力傳感器檢測(cè)，并經(jīng)數(shù)據(jù)線傳到計(jì)算機(jī)，被數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接受和記錄。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種油水分相滲流阻力梯度的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)方法，屬于油層物理研究領(lǐng)域。根據(jù)廣義滲流描述理論，對(duì)非線性滲流曲線上的任何一個(gè)微分線性滲流段而言，它所對(duì)應(yīng)的流態(tài)都可用線性方程來描述。基于上述滲流描述方法，提出了油水兩相滲流時(shí)分相滲流阻力梯度的檢測(cè)方法，采用此測(cè)量方法，可確定出某一巖石類型、流體類型和流體飽和度條件下、與任一流速相對(duì)應(yīng)的流體相l(xiāng)的滲流阻力梯度。本發(fā)明提出的方法可填補(bǔ)“分相滲流阻力梯度目前尚無法區(qū)別測(cè)量”的空白，而且具有方法簡單、快速和準(zhǔn)確實(shí)用等特點(diǎn)，因而具有很好的推廣使用價(jià)值。
文檔編號(hào)G06F19/00GK1945276SQ20061006950
公開日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月20日
發(fā)明者孫煥泉, 周涌沂, 王端平, 劉顯太, 李振泉, 楊耀忠, 時(shí)佃海 申請(qǐng)人:中國石化股份勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院