[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

摘要

本发明涉及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，其在人工合成CH₄水合物的基础上，结合多孔介质模型径向驱替实验，实现了对不同水合物饱和度状态下径向流时的气水相对渗透率的测量。包括以下步骤：制备并测量多孔介质模型的孔隙度和渗透率，将一定体积的含水合物生成诱导剂水溶液和CH₄注入多孔介质模型中生成不同CH₄水合物饱和度下的多孔介质模型，按一定流量将N₂和水恒速注入多孔介质模型中，分别测量稳定后N₂和水的流量以及注入端和出口端的压力，根据所测量的流量和压力数据计算气水相对渗透率。本发明实用性强，能够反映实际开采条件下的气水流动状态，为更好地认识天然气水合物藏中的气水流动规律提供帮助。

主权项

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$V_p=V_1-V_2-{\mathrm{\πhR}}_w^2$                   ①$\mathrm{\φ}=\frac{V_p}{\mathrm{\π}h(R_e^2-R_w^2)}$                  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$k_a=\frac{{\mathrm{q\μ}}_{w}ln(R_e/R_w)}{2\mathrm{\π}h(p_1-p_2)}$                  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$V_7=\frac{p_0{V}_6{Z}_s{T}_s}{p_s{Z}_0{T}_0}$                  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$S_H=\frac{V_3-(V_5-V_4-V_7)}{V_p}$                  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$S_w=\frac{m_1-m_0}{V_p{\mathrm{\ρ}}_w}$                  ⑥S_g＝1‑S_w                  ⑦$k_w=\frac{q_w{\mathrm{\μ}}_w\ln (R_e/R_w)}{2\mathrm{\π}h(p_3-p_4)}$                  ⑧$k_g=\frac{q_g{p}_0{\mathrm{\μ}}_g{Z}_m{T}_{m}ln(R_e/R_w)}{\mathrm{\π}h(p_3^2-p_4^2)Z_1{T}_0}$                  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$k_{rw}=\frac{k_w}{k_a}$$k_{rg}=\frac{k_g}{k_a}$                  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。