一種徑向流條件下不同水合物飽和度時(shí)的氣水相對滲透率測定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種徑向流條件下不同水合物飽和度時(shí)的氣水相對滲透率測定方法， 屬于天然氣水合物資源開發(fā)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 天然氣水合物分布廣泛，儲(chǔ)量大、能量密度高，是重要的新型能源。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì) 的發(fā)展，水合物資源的開發(fā)利用得到了普遍關(guān)注。目前，水合物藏的開采主要包括降壓法、 注熱法、注化學(xué)劑法和氣體置換法等幾種模式。
[0003] 水合物開采時(shí)，儲(chǔ)層中的流動(dòng)為氣水兩相滲流。作為重要的物性參數(shù)之一，滲透率 對水合物藏在開采過程中的產(chǎn)氣和產(chǎn)水等動(dòng)態(tài)變化特征有決定性影響。然而目前對天然氣 水合物藏的研究較少，且研究的焦點(diǎn)主要放在開發(fā)方式的選擇上，對于天然氣水合物藏中 的氣水相對滲透率曲線仍然簡單地沿用油氣田開發(fā)經(jīng)典理論中的相對滲透率模型，但在水 合物藏開采過程中，水合物的飽和度不斷發(fā)生變化，不同水合物飽和度下氣水相滲規(guī)律有 很大不同，此外，實(shí)際水合物儲(chǔ)層中的氣水流動(dòng)為徑向流，而目前滲透率都在一維線性流的 基礎(chǔ)上測定，因此目前的研究結(jié)果與實(shí)際開發(fā)動(dòng)態(tài)可能存在較大出入，不能反映實(shí)際流體 的流動(dòng)狀態(tài)。綜上可知目前尚缺少一種有效的氣水相對滲透率的實(shí)驗(yàn)測定方法，這嚴(yán)重制 約了對天然氣水合物藏中氣水流動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)及相關(guān)研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種不同水合物飽和度下氣水相對滲透率測定方法，在人工合成 CH4水合物的基礎(chǔ)上，使用N2作為驅(qū)替氣體，結(jié)合多孔介質(zhì)模型徑向流驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了對不 同水合物飽和度狀態(tài)下氣水相對滲透率的測量。研究表明，使用N 2作為驅(qū)替氣體，能夠避免 氣水兩相滲流過程中導(dǎo)致的CH4水合物分解或形成，保證測量結(jié)果的可靠性。本發(fā)明實(shí)用性 強(qiáng)，可以反映真實(shí)天然氣水合物藏中的氣水滲流規(guī)律，對于認(rèn)識(shí)天然氣水合物藏中的氣水 流動(dòng)規(guī)律，提高不同開發(fā)方式研究結(jié)果的可靠性具有重要意義。
[0005] 本法明的具體方法為：
[0006] (1)制備多孔介質(zhì)模型：將50-100目的石英砂洗凈并用蒸餾水清洗3-5次，晾干之 后填入反應(yīng)釜，逐層夯實(shí)，形成致密均勻的多孔介質(zhì)模型，并稱量多孔介質(zhì)模型的質(zhì)量m〇;
[0007] (2)測量多孔介質(zhì)模型的孔隙度:將真空栗保持負(fù)壓O.IMPa，對多孔介質(zhì)模型抽真 空1-3小時(shí)，將蒸餾水以0.5-10mL/min的速度注入模型，見水后繼續(xù)注入1.5-2.5PV的蒸餾 水，待出口端水流速度穩(wěn)定后，記錄此時(shí)蒸餾水的累積注入體積h和累積產(chǎn)出體積％，由式 ①和式②，根據(jù)模型尺寸計(jì)算模型孔隙度Φ
[0008] - ①
[0009]
[0010] 式中，φ為多孔介質(zhì)模型孔隙度，小數(shù);νΡ為多孔介質(zhì)模型孔隙體積，cm3;%為蒸餾 水的累積注入體積，mL; V2為蒸餾水的累積產(chǎn)出體積，mL; Re為多孔介質(zhì)模型外徑，cm; Rw為多 孔介質(zhì)模型中模擬井內(nèi)徑，cm;h為多孔介質(zhì)模型高度，cm;
[0011] (3)測量多孔介質(zhì)模型徑向流條件下的絕對滲透率：以0.5-10mL/min的速度向多 孔介質(zhì)模型中注入蒸餾水，待出口端水流速度穩(wěn)定后，測量注入端壓力 P1、出口端壓力P2、水 流量q，由式③，計(jì)算模型絕對滲透率1^
[0012] '廣 I
r 1 /
[0013]式中，ka為多孔介質(zhì)模型的絕對滲透率，ym2;q為水流量，mL/ S;yA蒸餾水粘度， mPa. s;pi為多孔介質(zhì)模型注入端壓力，K^MPa;P2為多孔介質(zhì)模型出口端壓力，K^MPa;
[0014] (4)生成含水合物多孔介質(zhì)：用含水合物生成誘導(dǎo)劑SDS或THF-SDS的水溶液以 0.5-10mL/min的速度驅(qū)替模型中的蒸餾水，當(dāng)注入量為1.2-1.5PV，注入結(jié)束，并關(guān)閉出口 閥，繼續(xù)注入至預(yù)定壓力Pset，所述p set范圍為7-10MPa;將CH4壓縮至所述預(yù)定壓力，打開出 口閥，保持出口端壓力為所述預(yù)定壓力，以〇 · 5-10mL/min的速度將CH4注入多孔介質(zhì)模型， 達(dá)到預(yù)定注入量〇. 05-0.50PV后，關(guān)閉出口閥，并記錄此時(shí)模型壓力ps、環(huán)境溫度Ts和累積產(chǎn) 出水的體積V 3,將模型環(huán)境溫度降至1_4°C，開始水合物的生成過程，并記錄模型溫度、壓力 變化，待體系壓力不再發(fā)生變化后，CH 4水合物生成過程結(jié)束；
[0015] (5)計(jì)算水合物飽和度:打開出口閥，將壓力保持在5MPa-8MPa，以0 · 5-10mL/min的 速度將蒸餾水注入多孔介質(zhì)模型，待出口端速度穩(wěn)定后，記錄此階段累積注入水體積％、累 積產(chǎn)出水體積V 4以及在大氣壓pq和室內(nèi)溫度To下CH4的累積產(chǎn)出體積V6，由式④，將產(chǎn)出CH4 體積轉(zhuǎn)換為溫度為T s，壓力為仏時(shí)的體積V7
[0016]
[0017] 式中，V7為產(chǎn)出CH4在溫度為Ts，壓力為ps時(shí)的體積;V6為產(chǎn)出CH4在溫度為To，壓力 為PQ時(shí)的體積，mL;To為室內(nèi)溫度，K;TS為多孔介質(zhì)模型的環(huán)境溫度，K;pQ為大氣壓力，Pa;p s 為多孔介質(zhì)模型壓力，Pa;Zo為溫度為To,壓力為po時(shí)CH4的壓縮因子;Zs為溫度為T s，壓力為 ps時(shí)CH4的壓縮因子，
[0018] 由式⑤，計(jì)算生成的水合物飽和度Sh
[0019]
[0020] 式中，Sh為CH4水合物飽和度，小數(shù);V3為所述步驟(4)中累積產(chǎn)出水體積，mL; V4為 所述步驟(5)中累積產(chǎn)出水體積，mL; V5為所述步驟(5)累積注入水體積，mL;
[0021] (6)測量一定氣水飽和度時(shí)的氣水徑向流條件下的有效滲透率:將N2和蒸餾水以 10:1的比例恒速注入多孔介質(zhì)模型中，待出口端速度穩(wěn)定后，分別測量此時(shí)多孔介質(zhì)模型 環(huán)境溫度T m，注入端壓力p3、出口端壓力P4,水的流量qw，大氣壓po和室內(nèi)溫度1\)下他的流量q g 及含水多孔介質(zhì)模型的質(zhì)量mi，由式⑥、式⑦、式⑧和式⑨，分別計(jì)算此時(shí)水相飽和度Sw，氣 相飽和度38，水相有效滲透率kw，氣相有效滲透率匕
[0022]
[0023]
[0024]
[0025]
[0026] 式中，Sw為水相飽和度，小數(shù);mo為多孔介質(zhì)模型的質(zhì)量，g;mi為含水多孔介質(zhì)模型 的質(zhì)量，g; Pw為蒸餾水密度，g/cm3; Sg為氣相飽和度，小數(shù);kw為水相有效滲透率，μπι2; qw為水 流量，mL/s ; p3為多孔介質(zhì)模型注入端壓力，lO^MPa; P4為多孔介質(zhì)模型出口端壓力，10_ ^Pa; kg為氣相有效滲透率，μπι2; qd溫度為To，氣壓為po時(shí)他的流量，mL/s; Tm為多孔介質(zhì)模 型的環(huán)境溫度，Κ;μΑ溫度為Tm，壓力為(p3+p4)/2時(shí)犯的粘度，mPa.s;Z^溫度為To,壓力為 po時(shí)N2的壓縮因子;Zm為溫度為Tm，壓力為(P3+P4)/2時(shí)N2的壓縮因子；
[0027] (7)由式⑩，計(jì)算該氣水飽和度時(shí)，徑向流條件下水相相對滲透率krw，氣相相對滲 透率k
[0028]
[0029] 式中，krw為水相相對滲透率，小數(shù);krg為氣相相對滲透率，小數(shù)。
[0030] (8)保持總流量不變，逐漸增大所述步驟(6)中水的注入比例，重復(fù)步驟(6)-(7)， 測量不同氣水飽和度下的相對滲透率，得到水合物飽和度為Sh時(shí)的氣水相對滲透率數(shù)據(jù)；
[0031] (9)重復(fù)步驟（1)-(8)，通過控制CH4的注入量，生成不同水合物飽和度下的多孔介 質(zhì)模型，測量不同水合物飽和度下的氣水相對滲透率數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0032]圖1為多孔介質(zhì)模型示意圖；
[0033]圖2為水合物徑向流條件下氣水相對滲透率測量示意圖；
[0034]圖3為氣水相對滲透率曲線(CH4水合物飽和度為0.09);
[0035] 圖4為氣水相對滲透率曲線(CH4水合物飽和度為0.22);
[0036] 其中：丨一測壓點(diǎn)，2-注入流體，3-反應(yīng)釜，4一模擬生產(chǎn)井，5-產(chǎn)出流體，6-模 型外殼，7-測溫點(diǎn)，8-產(chǎn)出水，9一產(chǎn)出氣，10-流量計(jì)，11一分離器，12-壓力計(jì)，13-多 孔介質(zhì)模型，14 一閥門，15-CH4,16 - N2，17-蒸餾水，18-含水合物生成誘導(dǎo)劑的水溶液， 19一驅(qū)替栗，20-放空閥，21 -真空栗，22-丨旦溫箱。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面為結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明，但不限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。
[0038] (1)制備多孔介質(zhì)模型。將50~100目的石英砂洗凈并用蒸餾水清洗3次，晾干之后 填入反應(yīng)釜3,逐層夯實(shí)，形成致密均勻的多孔介質(zhì)模型。測量多孔介質(zhì)模型的尺寸數(shù)據(jù)，多 孔介質(zhì)模型中模擬井內(nèi)徑Rw = 0.5cm，模型外徑Re = 25cm，模型高度h = 20cm，模型的質(zhì)量mo = 70000g〇
[0039] (2)測量多孔介質(zhì)模型的孔隙度。將真空栗21保持負(fù)壓O.IMPa對多孔介質(zhì)模型13 抽真空2小時(shí)，將蒸餾水17以5. OmL/min的速度注入模型13，見水后繼續(xù)栗入2PV，記錄此時(shí) 蒸餾水的累積注入體積化=37700mL和累積產(chǎn)出體積V 2 = 25120mL。由式①和式②，計(jì)算模型 孔隙度
[0040]
[0041]
[0042] (3)測量多孔介質(zhì)模型徑向流條件下的絕對滲透率。以5. OmL/min的速度向多孔介 質(zhì)模型13中注入蒸餾水17，待出口端水流速度穩(wěn)定后，測量水流量q = 5. OmL/min、注入端壓 力pi = 0.10053MPa、出口端壓力p2 = 0.1 MPa。由式③，計(jì)算模型絕對滲透率ka = 0.489ym2。
[0043]
[0044] (4)生成含水合物多孔介質(zhì)。用含水合物生成誘導(dǎo)劑SDS的水溶液18以5. OmL/min 的速度驅(qū)替模型13中的蒸餾水，當(dāng)注入量為1.2PV時(shí)，關(guān)閉出口閥，繼續(xù)注入至預(yù)定壓力pset =8.7MPa