[發明專利]一種基于時域反射技術的測量高溫高壓巖心動態毛管力的裝置及實驗方法

有效

• 申請號: 202010963447.4
• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112179826B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 李紫莉;李愛芬;姚軍;馬敏;付帥師;張磊
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 孫倩文

1.一種基于時域反射技術的測量高溫高壓巖心動態毛管力的裝置，其特征在于，包括高壓柱塞泵、高壓中間容器、巖心夾持器、壓力測試系統、飽和度測試系統、油水分離器、圍壓泵和恒溫箱；

所述高壓中間容器為兩個，分別為用于盛油的高壓中間容器A和用于盛水的高壓中間容器B，以模擬油或者地層水；所述高壓柱塞泵分別與高壓中間容器A和高壓中間容器B連接，用于給高壓中間容器A/B底部活塞加壓，以控制驅入巖心的流體流量，所述高壓中間容器A和高壓中間容器B均通過一六通閥與巖心夾持器的入口連接，所述巖心夾持器的出口連接所述油水分離器，用于計量驅出流體，以計算驅替過程中巖心的平均含水/含油飽和度；

所述巖心夾持器用于放置巖心，以模擬高溫高壓條件下水驅油過程，所述圍壓泵與巖心夾持器的圍壓加壓口連接，用于給巖心夾持器施加圍壓，模擬油藏巖心所受巖層壓力，所述高壓中間容器A、高壓中間容器B、六通閥、巖心夾持器和油水分離器位于所述恒溫箱內；

所述壓力測試系統包括在壓力測試點處包裹在巖心表面的油濕半滲隔膜和水濕半滲隔膜，分別用于隔水過油和隔油過水，油濕半滲隔膜處連接有用于測量油相壓力的壓力傳感器A，水濕半滲隔膜處連接有用于測量水相壓力的壓力傳感器B，壓力傳感器A和壓力傳感器B均外接至壓力數據采集系統；

所述飽和度測試系統包括在飽和度測試點設置的TDR探針，以及與TDR探針相連接的時域反射信號發生采集器，時域反射信號發生采集器與TDR數據采集系統連接，通過時域反射技術測試測試點的潤濕相飽和度；

所述巖心夾持器包括筒體、膠皮筒和位于筒體兩端的第一堵頭和第二堵頭，所述第一堵頭和第二堵頭與筒體之間為螺紋連接，所述膠皮筒安裝在筒體內，膠皮筒內放置有巖心，所述圍壓加壓口設置于筒體上，所述第一堵頭和第二堵頭靠近巖心端均設置有巖心塞，所述第一堵頭和第二堵頭中心均連接有一緊固件，該緊固件穿過第一堵頭/第二堵頭與巖心塞固定連接；

所述緊固件內部在巖心兩端分別設置有上游管線和下游管線，上游管線連接六通閥，下游管線連接油水分離器，巖心塞中間設置小孔，便于流體在巖心夾持器中流通；

所述壓力測試點成對分布，每一對壓力測試點的兩個測試點分別位于巖心夾持器的前后中心位置，沿巖心夾持器直徑方向對稱分布；

所述每一對測試點的其中一個測試點處設置用于隔水過油的油濕半滲隔膜，另一個測試點處設置用于隔油過水的水濕半滲隔膜，所述油濕半滲隔膜和水濕半滲隔膜包裹在巖心兩側，所述膠皮筒內壁上油濕半滲隔膜處引出一管線A，該管線A穿過膠皮筒連接所述壓力傳感器A，用于測試油相體壓力，所述膠皮筒內壁上水濕半滲隔膜處引出一管線B，該管線B穿過膠皮筒連接所述壓力傳感器B，用于測試水相壓力；

所述飽和度測試點為三個，等間距分布于巖心夾持器頂部，相鄰飽和度測試點的距離為2cm，所述TDR探針包括三組，每個飽和度測試點處對應設置一組，每一組TDR探針均包括一根正極探針和一根負極探針，正極探針和負極探針均平行等間距地以圓形布設于飽和度測試點處，內嵌于膠皮筒上，具體固定于膠皮筒內壁上，即每一組TDR探針位于飽和度測試點處膠皮筒與巖心之間，沿巖心周向分布；

每一組TDR探針中正極探針和負極探針的距離為0.6cm，兩者互不接觸，分別通過電纜與時域反射信號發生采集器連接；

所述壓力測試點和飽和度測試點位于巖心同一水平位置；

基于時域反射技術的測量高溫高壓巖心動態毛管力的裝置的實驗方法，其步驟如下：

步驟1：配制油與地層水，將其分別轉入高壓中間容器A和高壓中間容器B中，取天然巖心記錄編號，洗油烘干，抽真空飽和地層水，分別將油濕/水濕半滲隔膜用油/水潤濕，包裹在巖心的兩側對應巖心夾持器中油相/水相壓力測試點的位置，確定TDR探針接觸良好，巖心兩端通過上游管線和下游管線連接，連接好裝置后，檢查裝置氣密性；

步驟2：打開恒溫箱，將實驗系統的溫度升高至油藏溫度，設置合適的圍壓和回壓，設置高壓柱塞泵為恒定流量或恒定壓力驅替模式；

步驟3：水驅實驗：調節六通閥使高壓中間容器B與巖心夾持器相通，打開高壓柱塞泵進行地層水驅替，待巖心下游管線持續出水且上游壓力穩定后，記錄壓差與流速；

步驟4：油驅水法建立束縛水飽和度：調節六通閥使高壓中間容器B關閉，使高壓中間容器A與巖心夾持器相通，先用低流速進行油驅水，逐漸增加至驅替速度直至不出水為止，記錄此束縛水狀態下總出水量V_wt，即油驅水整個過程的驅出水量、油相/水相壓力P_o1/P_w1，油相壓力、水相壓力分別通過壓力傳感器A、壓力傳感器B測量得出，計算束縛水飽和度S_wc，以及油相滲透率K_ro；

步驟5：水驅油實驗：建立束縛水飽和度后將巖心樣品老化24小時，設置一定的驅替速度或驅替壓力進行水驅油實驗，水驅油過程中，每隔一段時間記錄不同水平位置，即不同測試點處的油相壓力P_oi、水相壓力P_wi，油流出量V_oi、水流出量V_wi，計算飽和度測試點處的含水飽和度S_wi；

步驟6：驅替至不出油為止，記錄此殘余油狀態下的總出油量V_ot，即油驅水整個過程的驅出油量，油相/水相壓力P_o2/P_w2，油相/水相壓力可分別由壓力傳感器A和壓力傳感器B得到，并可通過與其連接的壓力數據采集系統直接顯示，計算殘余油飽和度S_or以及水相滲透率K_rw：

步驟7：通過上述步驟所得數據，計算不同位置不同時間的動態毛管力、含水飽和度，做出相應的動態毛管力曲線和相對滲透率曲線；

動態毛管力曲線的橫坐標為潤濕相飽和度，縱坐標為動態毛管力；

相對滲透率曲線的橫坐標為含水飽和度S_wi，縱坐標為相對滲透率，包括水相相對滲透率K_rw和油相相對滲透率K_ro。