[发明专利]一种径向流条件下不同水合物饱和度时的气水相对渗透率测定方法

权利要求书

1.一种径向流条件下不同水合物饱和度时的气水相对渗透率测定方法，其特征在于，包 括以下顺序和步骤：

(1)制备多孔介质模型：将50-100目的石英砂洗净并用蒸馏水清洗3-5次，晾干之后 填入反应釜，逐层夯实，形成致密均匀的多孔介质模型，并称量多孔介质模型的质量m₀；

(2)测量多孔介质模型的孔隙度：将真空泵保持负压0.1MPa，对多孔介质模型抽真空 1-3小时，将蒸馏水以0.5-10mL/min的速度注入模型，见水后继续注入1.5-2.5PV的蒸馏水， 待出口端水流速度稳定后，记录此时蒸馏水的累积注入体积V₁和累积产出体积V₂，由式①和 式②，根据模型尺寸计算模型孔隙度φ

Vp=V1-V2-πhRw2]]>①

φ=Vpπh(Re2-Rw2)]]>②

式中，φ为多孔介质模型孔隙度，小数；V_p为多孔介质模型孔隙体积，cm³；V₁为蒸馏 水的累积注入体积，mL；V₂为蒸馏水的累积产出体积，mL；Re为多孔介质模型外径，cm； R_w为多孔介质模型中模拟井内径，cm；h为多孔介质模型高度，cm；

(3)测量多孔介质模型径向流条件下的绝对渗透率：以0.5-10mL/min的速度向多孔介 质模型中注入蒸馏水，待出口端水流速度稳定后，测量注入端压力p₁、出口端压力p₂、水流 量q，由式③，计算模型绝对渗透率k_a

ka=qμwln(Re/Rw)2πh(p1-p2)]]>③

式中，k_a为多孔介质模型的绝对渗透率，μm²；q为水流量，mL/s；μ_w为蒸馏水粘度， mPa﹒s；p₁为多孔介质模型注入端压力，10^-1MPa；p₂为多孔介质模型出口端压力，10^-1MPa；

(4)生成含水合物多孔介质：用含水合物生成诱导剂SDS或THF-SDS的水溶液以 0.5-10mL/min的速度驱替模型中的蒸馏水，当注入量为1.2-1.5PV，注入结束，并关闭出口阀， 继续注入至预定压力p_set，所述p_set范围为7-10MPa；将CH₄压缩至所述预定压力，打开出口 阀，保持出口端压力为所述预定压力，以0.5-10mL/min的速度将CH₄注入多孔介质模型，达 到预定注入量0.05-0.50PV后，关闭出口阀，并记录此时模型压力p_s、环境温度T_s和累积产出 水的体积V₃，将模型环境温度降至1-4℃，开始水合物的生成过程，并记录模型温度、压力 变化，待体系压力不再发生变化后，CH₄水合物生成过程结束；

(5)计算水合物饱和度：打开出口阀，将压力保持在5MPa-8MPa，以0.5-10mL/min的 速度将蒸馏水注入多孔介质模型，待出口端速度稳定后，记录此阶段累积注入水体积V₅、累 积产出水体积V₄以及在大气压p₀和室内温度T₀下CH₄的累积产出体积V₆，由式④，将产出 CH₄体积转换为温度为T_s，压力为p_s时的体积V₇

V7=p0V6ZsTspsZ0T0]]>④

式中，V₇为产出CH₄在温度为T_s，压力为p_s时的体积；V₆为产出CH₄在温度为T₀，压力 为p₀时的体积，mL；T₀为室内温度，K；T_s为多孔介质模型的环境温度，K；p₀为大气压力， Pa；p_s为多孔介质模型压力，Pa；Z₀为温度为T₀，压力为p₀时CH₄的压缩因子；Z_s为温度为 T_s，压力为p_s时CH₄的压缩因子，

由式⑤，计算生成的水合物饱和度S_H

SH=V3-(V5-V4-V7)Vp]]>⑤

式中，S_H为CH₄水合物饱和度，小数；V₃为所述步骤(4)中累积产出水体积，mL；V₄为所述步骤(5)中累积产出水体积，mL；V₅为所述步骤(5)累积注入水体积，mL；

(6)测量一定气水饱和度时的气水径向流条件下的有效渗透率：将N₂和蒸馏水以10:1 的比例恒速注入多孔介质模型中，待出口端速度稳定后，分别测量此时多孔介质模型环境温 度T_m，注入端压力p₃、出口端压力p₄，水的流量q_w，大气压p₀和室内温度T₀下N₂的流量 q_g及含水多孔介质模型的质量m₁，由式⑥、式⑦、式⑧和式⑨，分别计算此时水相饱和度S_w， 气相饱和度S_g，水相有效渗透率k_w，气相有效渗透率k_g

Sw=m1-m0Vpρw]]>⑥

S_g＝1-S_w⑦

kw=qwμwln(Re/Rw)2πh(p3-p4)]]>⑧

kg=qgp0μgZmTmln(Re/Rw)πh(p32-p42)Z1T0]]>⑨

式中，S_w为水相饱和度，小数；m₀为多孔介质模型的质量，g；m₁为含水多孔介质模型 的质量，g；ρ_w为蒸馏水密度，g/cm³；S_g为气相饱和度，小数；k_w为水相有效渗透率，μm²； q_w为水流量，mL/s；p₃为多孔介质模型注入端压力，10^-1MPa；p₄为多孔介质模型出口端压力， 10^-1MPa；k_g为气相有效渗透率，μm²；q_g为温度为T₀，气压为p₀时N₂的流量，mL/s；T_m为 多孔介质模型的环境温度，K；μ_g为温度为T_m，压力为(p₃+p₄)/2时N₂的粘度，mPa﹒s；Z₁为 温度为T₀，压力为p₀时N₂的压缩因子；Z_m为温度为T_m，压力为(p₃+p₄)/2时N₂的压缩因子；

(7)由式⑩，计算该气水饱和度时，径向流条件下水相相对渗透率k_rw，气相相对渗透 率k_rg

krw=kwka]]>

krg=kgka]]>⑩

式中，k_rw为水相相对渗透率，小数；k_rg为气相相对渗透率，小数。

(8)保持总流量不变，逐渐增大所述步骤(6)中水的注入比例，重复步骤(6)-(7)， 测量不同气水饱和度下的相对渗透率，得到水合物饱和度为S_H时的气水相对渗透率数据；

(9)重复步骤(1)-(8)，通过控制CH₄的注入量，生成不同水合物饱和度下的多孔介 质模型，测量不同水合物饱和度下的气水相对渗透率数据。