一種徑向流條件下不同水合物飽和度時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，儲量大、能量密度高，是重要的新型能源。隨著社會經(jīng)濟 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，儲層中的流動為氣水兩相滲流。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，實際水合物儲層中的氣水流動為徑向流，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)果與實際開發(fā)動態(tài)可能存在較大出入，不能反映實際流體 的流動狀態(tài)。綜上可知目前尚缺少一種有效的氣水相對滲透率的實驗測定方法，這嚴重制 約了對天然氣水合物藏中氣水流動規(guī)律的認識及相關(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)替實驗，實現(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)明實用性 強，可以反映真實天然氣水合物藏中的氣水滲流規(guī)律，對于認識天然氣水合物藏中的氣水 流動規(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，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:將真空栗保持負壓O.IMPa，對多孔介質(zhì)模型抽真 空1-3小時，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， 達到預(yù)定注入量〇. 05-0.50PV后，關(guān)閉出口閥，并記錄此時模型壓力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，壓力為仏時的體積V7
[0016]
[0017] 式中，V7為產(chǎn)出CH4在溫度為Ts，壓力為ps時的體積;V6為產(chǎn)出CH4在溫度為To，壓力 為PQ時的體積，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CH4的壓縮因子;Zs為溫度為T s，壓力為 ps時CH4的壓縮因子，
[0018] 由式⑤，計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，分別計算此時水相飽和度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時犯的粘度，mPa.s;Z^溫度為To,壓力為 po時N2的壓縮因子;Zm為溫度為Tm，壓力為(P3+P4)/2時N2的壓縮因子；
[0027] (7)由式⑩，計算該氣水飽和度時，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，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，8-產(chǎn)出水，9一產(chǎn)出氣，10-流量計，11一分離器，12-壓力計，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。
【具體實施方式】
[0037] 下面為結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明，但不限定本發(fā)明的實施范圍。
[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，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保持負壓O.IMPa對多孔介質(zhì)模型13 抽真空2小時，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 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，當注入量為1.2PV時，關(guān)閉出口閥，繼續(xù)注入至預(yù)定壓力pset =8.7MPa