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CN111650083B - 岩心高压下气、水流量计量装置和方法 - Google Patents

岩心高压下气、水流量计量装置和方法 Download PDF

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CN111650083B CN201910159285.6A CN201910159285A CN111650083B CN 111650083 B CN111650083 B CN 111650083B CN 201910159285 A CN201910159285 A CN 201910159285A CN 111650083 B CN111650083 B CN 111650083B
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Abstract

本发明公开了一种岩心高压下气、水流量计量装置和方法，所述岩心高压下气、水流量计量装置包括全直径岩心夹持器(2)，全直径岩心夹持器(2)通过管线连接有气罐(1)、柱塞泵(4)和标准容器(3)，气罐(1)与全直径岩心夹持器(2)之间依次设有第一阀门(5)和第一压力传感器(6)，标准容器(3)与全直径岩心夹持器(2)之间依次设有第二压力传感器(7)和第二阀门(8)，柱塞泵(4)与全直径岩心夹持器(2)之间设有第三压力传感器(9)，标准容器(3)连接有第四压力传感器(10)。该岩心高压下气、水流量计量装置和方法能够测试分析岩心高压试验过程中产气量和产水量，为气藏产能评价与产水动态预测提供技术支撑。

Description

岩心高压下气、水流量计量装置和方法
技术领域
本发明涉及油气田开发岩心实验分析技术领域，具体的是一种岩心高压下气、水流量计量装置，还是一种含有该岩心高压下气、水流量计量方法。
背景技术
由于模拟的地层水矿化度高，导电性能好，岩心实验产水时气、水流量无法同时通过流量计直接计量。目前虽然发展了“称重法-气体流量计法”测试岩心实验过程中产气量和产水量，即称重法确定产水量，气体流量通过气体流量计测量，如SY/T5345-2007《岩石中两相相对渗透率测定方法》中气、水流量计量就采用这种方法，李程辉《碳酸盐岩储集层气水两相渗流实验与气井流入动态曲线——以高石梯——磨溪区块龙王庙组和灯影组为例》等通过这种方法，开展碳酸盐岩储集层气、水两相渗流实验；但由于盛放干燥剂的透明玻璃试管(便于观察，确定产水量，以免气体流量计遇水损坏，保护气体流量计)，玻璃钢不耐压，实验过程中存在一定憋压爆炸风险，安全性能差，只适合低压(1atm左右)、低流量(气体流量小于1000mL/min)下气、水流量测试。本发明通过将流量测试转换为压力测试，建立了岩心高压下气、水流量计量装置及方法，给出了累计产水量和累计产气量公式，实现了岩心高压下气、水流量计量，并通过了试验检验。
发明内容
为了能够快速、有效、便捷地测定岩心在高压下气、水流量，本发明提供了一种岩心高压下气、水流量计量装置和方法，该岩心高压下气、水流量计量装置和方法能够测试分析岩心高压试验过程中产气量和产水量，为气藏产能评价与产水动态预测提供技术支撑。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种岩心高压下气、水流量计量装置，包括全直径岩心夹持器，全直径岩心夹持器通过管线连接有气罐、柱塞泵和标准容器，气罐与全直径岩心夹持器之间依次设有第一阀门和第一压力传感器，标准容器与全直径岩心夹持器之间依次设有第二压力传感器和第二阀门，柱塞泵与全直径岩心夹持器之间设有第三压力传感器，标准容器连接有第四压力传感器。
一种岩心高压下气、水流量计量方法，该岩心高压下气、水流量计量方法采用了上述的岩心高压下气、水流量计量装置，该岩心高压下气、水流量计量方法包括以下步骤：
步骤1、选择、制作以及测量全直径岩心；
步骤2、将全直径岩心放入全直径岩心夹持器内，利用柱塞泵给全直径岩心夹持器中的全直径岩心加围压；
步骤3、打开第一阀门，利用气罐给全直径岩心夹持器中的全直径岩心加压饱和，直至全直径岩心两端的压力一致；
步骤4、打开第二阀门，每间隔设定的时间记录一次第一压力传感器、第二压力传感器和第四压力传感器显示的压力值，直至第二压力传感器显示的压力值达到设定的压力值；
步骤5、计算高压下岩心的累计产水量、高压下岩心的水流量；计算高压下岩心的累计产气量。
本发明的有益效果是：该岩心高压下气、水流量计量装置和方法实现了岩心高压下气、水流量计量。实验硬件要求低、操作简单、实验结果可靠，实现了快速、有效、便捷地测试岩心高压下气、水流量的目的。最终测试结果也为气藏开发过程中产能评价与产水动态预测提供基础数据。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明所述岩心高压下气、水流量计量装置的总体示意图。
图2是图1中沿A-A方向的剖视图。
图3是本发明所述岩心高压下气、水流量计量方法的实验产水曲线图。
图4是本发明所述岩心高压下气、水流量计量方法的实验产气曲线图。
1、气罐；2、全直径岩心夹持器；3、标准容器；4、柱塞泵；5、第一阀门；6、第一压力传感器；7、第二压力传感器；8、第二阀门；9、第三压力传感器；10、第四压力传感器；11、全直径岩心。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种岩心高压下气、水流量计量装置，包括全直径岩心夹持器2，全直径岩心夹持器2通过管线连接有气罐1、柱塞泵4和标准容器3，气罐1与全直径岩心夹持器2之间依次设有第一阀门5和第一压力传感器6，标准容器3与全直径岩心夹持器2之间依次设有第二压力传感器7和第二阀门8，柱塞泵4与全直径岩心夹持器2之间设有第三压力传感器9，标准容器3连接有第四压力传感器10，如图1所示。
在本实施例中，全直径岩心夹持器2用于夹持全直径岩心11，气罐1能够给全直径岩心夹持器2中的全直径岩心11加压饱和；标准容器3用于收集全直径岩心11流出的气和水；柱塞泵4能够给全直径岩心夹持器2中的全直径岩心11提供围压，第一阀门5和第二阀门8处于常闭状态。该岩心高压下气、水流量计量装置还含有控制单元(如电脑)，第一压力传感器6、第二压力传感器7、第三压力传感器9、第四压力传感器10、第一阀门5和第二阀门8可以均与该控制单元连接。
使用时，按照实验设计要求，首先将一定含水饱和度下的全直径岩心放入全直径岩心夹持器，利用柱塞泵4(ISCO计算机自动控制高压注射泵)给夹持器加围压；打开全直径岩心夹持器入口阀门。利用气罐向全直径岩心夹持器中的全直径岩心加压饱和，直至岩心两端压力一致，关闭全直径岩心入口阀门，为了安全起见，饱和压力一般小于围压5MPa-10MPa；打开全直径岩心夹持器出口阀门，阀门打开程度根据实验要求的采气速度确定，采气速度越大，阀门打开程度越大，并利用压力传感器记录岩心入口处压力、压力出处压力和标准容器中压力。
在本发明中，全直径岩心11两端压力由第一压力传感器6和第二压力传感器7监测，打开第二阀门8，并利用第一压力传感器6、第二压力传感器7和第四压力传感器10分别记录岩心入口处压力、压力出处压力和标准容器中压力。
标准容器3用于接全直径岩心出口流出气和水，内径为5cm，容积200mL，钢质材料，耐压60MPa。全直径岩心夹持器2可耐高压，最高压力为70MPa。柱塞泵4加围压最大压力为70MPa。第一压力传感器6、第二压力传感器7和第三压力传感器9用于监测压力，量程60MPa，精度0.3％。
下面介绍一种岩心高压下气、水流量计量方法。
该岩心高压下气、水流量计量方法采用了上述的岩心高压下气、水流量计量装置，所述岩心高压下气、水流量计量方法包括以下步骤：
步骤1、选择、制作以及测量全直径岩心11；
步骤2、将全直径岩心11放入全直径岩心夹持器2内，利用柱塞泵4给全直径岩心夹持器2中的全直径岩心11加围压；
步骤3、打开第一阀门5，利用气罐1给全直径岩心夹持器2中的全直径岩心11加压饱和，直至全直径岩心11两端的压力一致；
步骤4、打开第二阀门8，每间隔设定的时间记录一次第一压力传感器6、第二压力传感器7和第四压力传感器10显示的压力值，直至第二压力传感器7显示的压力值达到设定的压力值，则结束实验测量；
步骤5、计算高压下岩心的累计产水量、高压下岩心的水流量；计算高压下岩心的累计产气量、高压下岩心的气流量。
在步骤1中，选择岩样并将其制作成全直径岩心11，制成的全直径岩心11为圆柱形，全直径岩心11的直径为10cm，全直径岩心11的长度为大于10cm，测量全直径岩心11的长度、直径、含水饱和度、孔隙体积和孔隙度(具体测量方法可以采用现有技术)。
在步骤2中，将全直径岩心11放入全直径岩心夹持器2内，如图2所示。全直径岩心夹持器2能够耐受的最高压力为70MPa，全直径岩心夹持器2能够耐受的最高温度为150℃，所述加围压采用ISCO泵是计算机自动控制高压注射泵，所述围压的数值通过岩样所处地层深度进行计算获得。
在步骤3中，饱和压力的数值根据岩样所在的气藏原始地层压力或根据委托方要求确定；所述全直径岩心11两端的压力一致为全直径岩心11两端的压差小于0.1atm。
在步骤4中，所述间隔设定的时间为2S，即每间隔2S记录一次第一压力传感器6、第二压力传感器7和第四压力传感器10显示的压力值。第二阀门8的打开程度根据采气速度确定，采气速度越大，则第二阀门8的打开程度越大；所述设定的压力值根据气藏废弃压力或委托方要求确定。
在步骤5中，高压下岩心累计产水量的计算公式为：
Figure BDA0001984045130000051
在该公式1中；
Qw为高压下岩心累计产水量，单位为L；
Vc为标准容器3的容积，单位为L，具体数值可以通过实际测量获得；
Swi为全直径岩心11的原始含水饱和度，无单位；
Vp为全直径岩心11的孔隙体积，单位为L；
Bgi为原始状态下全直径岩心11中气体体积系数，无单位；
Bgi,2为标准容器3在实验前的气体体积系数，无单位；
Bg1为实验过程中全直径岩心11两端在平均压力下的气体体积系数，无单位；
Bg2为实验过程中标准容器3在压力下的气体体积系数，无单位。
Swi、Vp、Bgi、Bgi,2、Bg1、Bg2这些参数可以由送样者提供或通过现有的实验方法测量确定。
由于公式1中等号的左右两端皆有累计产水量Qw，可以通过牛顿迭代法求取所述高压下岩心累计产水量；
具体的，通过迭代法求取所述高压下岩心累计产水量，迭代计算公式为：
Figure BDA0001984045130000052
当Qw,k+1与Qw,k相对误差小于1％时，迭代停止，相应的Qw＝Qw,k；
在所述高压下岩心累计产水量的计算公式中对时间求导获取高压下岩心水流量,高压下岩心水流量的计算公式为：
Figure BDA0001984045130000053
t为时间，单位为S；
qw(ti)为ti时刻高压下岩心水流量，单位为L/S；
Qw(ti)为ti时刻高压下岩心累计产水量，单位为L；
Qw(ti+1)为ti+1时刻高压下岩心累计产水量，单位为L。
qw(ti)、Qw(ti)、Qw(ti+1)可以在步骤4中所述每间隔设定的时间测量获得，例如qw(ti)为第i次的测量结果。
在所述高压下岩心累计产水量的计算公式中对时间求导获取岩心高压下水流量。
在步骤5中，高压下岩心累计产气量的计算公式为：
Figure BDA0001984045130000061
在该公式2中；
Gp为高压下岩心累计产气量，单位为L；
在所述高压下岩心累计产气量的计算公式中对时间求导获取岩心高压下气流量，高压下岩心气流量的计算公式为：
Figure BDA0001984045130000062
qg(ti)为ti时刻高压下岩心气流量，单位为L/S；
Gp(ti)为ti时刻高压下岩心累计产气量，单位为L；
Gp(ti+1)为ti+1时刻高压下岩心累计产气量，单位为L。
qg(ti)、Gp(ti)、Gp(ti+1)可以在步骤4中所述每间隔设定的时间测量获得，例如qg(ti)为第i次的测量结果。如图3和图4所示。
本发明可以快速测定岩心高压实验过程中气、水流量。
由于模拟的地层水矿化度高，导电性能好，岩心实验产水时气、水流量无法同时通过流量计直接计量。目前虽然发展了“称重法-气体流量计法”测试岩心实验过程中产气量和产水量，即称重法确定产水量，气体流量通过气体流量计测量，如SY/T5345-2007《岩石中两相相对渗透率测定方法》中气、水流量计量就采用这种方法，李程辉等通过这种方法，开展碳酸盐岩储集层气、水两相渗流实验；但由于盛放干燥剂的透明玻璃试管(便于观察，确定产水量，以免气体流量计遇水损坏，保护气体流量计)，玻璃钢不耐压，实验过程中存在一定憋压爆炸风险，安全性能差，只适合低压(1atm左右)、低流量(气体流量小于1000mL/min)下气、水流量测试。本文通过将流量测试转换为压力测试，建立了岩心高压下气、水流量计量装置及方法，给出了累计产水量和累计产气量公式，实现了岩心高压下气、水流量计量，并通过了试验检验。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (2)

1.一种岩心高压下气、水流量计量方法，其特征在于，所述岩心高压下气、水流量计量方法采用了岩心高压下气、水流量计量装置，所述岩心高压下气、水流量计量装置包括全直径岩心夹持器(2)，全直径岩心夹持器(2)通过管线连接有气罐(1)、柱塞泵(4)和标准容器(3)，气罐(1)与全直径岩心夹持器(2)之间依次设有第一阀门(5)和第一压力传感器(6)，标准容器(3)与全直径岩心夹持器(2)之间依次设有第二压力传感器(7)和第二阀门(8)，柱塞泵(4)与全直径岩心夹持器(2)之间设有第三压力传感器(9)，标准容器(3)连接有第四压力传感器(10)；
气罐(1)能够给全直径岩心夹持器(2)中的全直径岩心(11)加压饱和；标准容器(3)用于收集全直径岩心(11)流出的气和水；柱塞泵(4)能够给全直径岩心夹持器(2)中的全直径岩心(11)提供围压，第一阀门(5)和第二阀门(8)处于常闭状态；
所述岩心高压下气、水流量计量方法包括以下步骤：
步骤1、选择、制作以及测量全直径岩心(11)；
步骤2、将全直径岩心(11)放入全直径岩心夹持器(2)内，利用柱塞泵(4)给全直径岩心夹持器(2)中的全直径岩心(11)加围压；
在步骤2中，全直径岩心夹持器(2)能够耐受的最高压力为70MPa，全直径岩心夹持器(2)能够耐受的最高温度为150℃，所述围压的数值通过岩样所处地层深度进行计算获得；
步骤3、打开第一阀门(5)，利用气罐(1)给全直径岩心夹持器(2)中的全直径岩心(11)加压饱和，直至全直径岩心(11)两端的压力一致，然后关闭第一阀门(5)；
在步骤3中，饱和压力的数值根据岩样所在的气藏原始地层压力或根据委托方要求确定；所述全直径岩心(11)两端的压力一致为全直径岩心(11)两端的压差小于0.1atm；
步骤4、打开第二阀门(8)，每间隔设定的时间记录一次第一压力传感器(6)、第二压力传感器(7)和第四压力传感器(10)显示的压力值，直至第二压力传感器(7)显示的压力值达到设定的压力值；
在步骤4中，所述间隔设定的时间为2S，第二阀门(8)的打开程度根据采气速度确定，采气速度越大，第二阀门(8)的打开程度越大；所述设定的压力值根据气藏废弃压力或委托方要求确定；
步骤5、计算高压下岩心的累计产水量、高压下岩心的水流量；计算高压下岩心的累计产气量；
在步骤5中，高压下岩心累计产水量的计算公式为：
Figure FDA0004051363730000021
Qw为高压下岩心累计产水量，单位为L；
Vc为标准容器(3)的容积，单位为L；
Swi为全直径岩心(11)的原始含水饱和度，无单位；
Vp为全直径岩心(11)的孔隙体积，单位为L；
Bgi为原始状态下全直径岩心(11)中气体体积系数，无单位；
Bgi,2为标准容器(3)在实验前的气体体积系数，无单位；
Bg1为实验过程中全直径岩心(11)两端在平均压力下的气体体积系数，无单位；
Bg2为实验过程中标准容器(3)在压力下的气体体积系数，无单位；
通过迭代法求取所述高压下岩心累计产水量，迭代计算公式为：
Figure FDA0004051363730000022
当Qw,k+1与Qw,k相对误差小于1％时，迭代停止，相应的Qw＝Qw,k；
在所述高压下岩心累计产水量的计算公式中对时间求导获取高压下岩心水流量,高压下岩心水流量的计算公式为：
Figure FDA0004051363730000023
t为时间，单位为S；
qw(ti)为ti时刻高压下岩心水流量，单位为L/S；
Qw(ti)为ti时刻高压下岩心累计产水量，单位为L；
Qw(ti+1)为ti+1时刻高压下岩心累计产水量，单位为L；
所述高压下岩心累计产气量的计算公式为：
Figure FDA0004051363730000031
Gp为高压下岩心累计产气量，单位为L；
在所述高压下岩心累计产气量的计算公式中对时间求导获取高压下岩心气流量，高压下岩心气流量的计算公式为：
Figure FDA0004051363730000032
qg(ti)为ti时刻高压下岩心气流量，单位为L/S；
Gp(ti)为ti时刻高压下岩心累计产气量，单位为L；
Gp(ti+1)为ti+1时刻高压下岩心累计产气量，单位为L。
2.根据权利要求1所述的岩心高压下气、水流量计量方法，其特征在于，在步骤1中，全直径岩心(11)为圆柱形，全直径岩心(11)的直径为10cm，全直径岩心(11)的长度为大于10cm，测量全直径岩心(11)的长度、直径、含水饱和度、孔隙体积和孔隙度。
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