一种气相阈压梯度的实验测试系统、方法和数据处理方法技术方案

本发明专利技术公开了一种气相阈压梯度的实验测试系统、方法和数据处理方法，得到的气相阈压梯度预测模型预测精度更高，且适应性更好。以相对可动气饱和度来反映气相连续性对气相阈压梯度的影响。采用设计的气相阈压梯度的实验测试系统，按照提出的气相阈压梯度的实验方法，测试不同物性岩样在不同相对可动气饱和度下的气相阈压梯度。实验测试后，以岩样的相对可动气饱和度来表征岩样的气相连续性，并建立水驱气藏气相阈压梯度的预测模型。

An experimental measurement system, method and data processing method of gas phase threshold pressure gradient

【技术实现步骤摘要】
一种气相阈压梯度的实验测试系统、方法和数据处理方法
本专利技术涉及气藏开采
，特别是涉及一种气相阈压梯度的实验测试系统、方法和数据处理方法。
技术介绍
我国已发现和开发的气藏多数为水驱气藏，和气藏相连的边底水在气藏开发过程中会侵入气藏，储层中广泛存在气-水两相流动。气相阈压梯度是气-水两相共存时气相流动的临界压力梯度。气相阈压梯度会增大气相在储层中的渗流阻力，影响气-水两相渗流规律。因此，准确描述气相阈压梯度变化规律是正确认识水驱气藏气-水两相渗流规律的重要前提。目前，国内外学者针对气相阈压梯度开展了一些研究，建立了一些气相阈压梯度预测模型。现有预测模型有两类，一是气相阈压梯度与岩石渗透率或含水饱和度的单因素关系模型，二是气相阈压梯度与岩石渗透率和含水饱和度的关系模型。研究表明，岩石渗透率和气相连续性是气相阈压梯度的主要影响因素。第一类模型未综合考虑岩石渗透率和气相连续性对气相阈压梯度的影响，模型适应性差。第二类模型采用了含水饱和度表征气相的连续性，未考虑束缚水饱和度和残余气饱和度对气相连续性的影响，致使模型不能准确地描述气相阈压梯度随气相连续性的变化规律。本专利技术在现有气相阈压梯度预测模型评价的基础上，改进气相阈压梯度实验流程，选取普光气田超深层碳酸盐岩储层标准岩心，开展不同相对可动气饱和度条件下的气相阈压梯度实验测试，根据实验测试结果建立综合考虑岩石渗透率和相对可动气饱和度的气相阈压梯度预测模型，以准确描述气相阈压梯度变化规律，进而为正确认识水驱气藏气-水两相渗流规律奠定基础。现有阈压梯度预测模型评价目前，国内外学者针对气相阈压梯度开展了一些研究，建立了一些气相阈压梯度预测模型(表1)。表1现有气相阈压梯度预测模型对于气-水系统，气相是非润湿相，当气相在多孔介质中呈分散相分布时，会产生楔压效应、滞后效应和贾敏效应等多种阻力效应，从而增大气相的渗流阻力，在宏观上表现为气相的阈压梯度。储层的渗透率越低，孔隙结构越复杂，阻力效应越显著，气相阈压梯度越大。储层的含水饱和度越高，则含气饱和度越低，气相在多孔介质中的占比越小，气相连续性越差，阻力效应越显著，气相阈压梯度越大。从表1来看，王昔彬和依呷建立的气相阈压梯度预测模型均为单因素关系模型，模型仅能计算特定渗透率下不同含水饱和度对应的气相阈压梯度或特定含水饱和度下不同渗透率对应的气相阈压梯度，模型适应性差。气相的连续性越差，阻力效应越显著，气相阈压梯度越大，气相的连续性决定了气相阈压梯度的大小。岩石渗透率不同，束缚水饱和度和残余气饱和度不同，相同含水饱和度下气相的连续性不同。因此，含水饱和度不能准确地反映多孔介质中气相的连续性。从表1来看，李奇模型、杨朝蓬模型和TianW-B模型虽然综合考虑了岩石渗透率性和气相连续性，但采用了含水饱和度来表征气相连续性，未考虑束缚水饱和度和残余气饱和度对气相连续性的影响，致使模型不能很好地描述气相连续性对气相阈压梯度的影响，也使其在单一气相流动区(Sw＜Swc)和单一水相流动区(Sw＞1-Sgr)的计算结果失去意义(图1)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种气相阈压梯度的实验测试系统、方法和数据处理方法，得到的气相阈压梯度预测模型预测精度更高，且适应性更好。本专利技术的目的是这样实现的：一种水驱气藏气相阈压梯度的实验测试系统，包括恒温箱，所述恒温箱内设有岩心夹持器，所述岩心夹持器的进口端分别通过管道连接氮气源、地层水源，所述氮气源、岩心夹持器之间的管道上设置加湿器，所述氮气源、地层水源的进口端通过管道连接恒压恒速泵，所述岩心夹持器的腔体通过管道连接围压泵，所述岩心夹持器的出口端通过管道依次连接回压阀、干燥管的进口端，干燥管的出口端通过管道连接气体流量计，用于实时测量并记录驱出气的体积，所述回压阀的调节口通过管道连接回压泵，所述干燥管放置在电子天平上，用于实时测量并记录驱出水的质量，各管道上分别设置阀门，氮气源的出口端、地层水源的出口端、所述岩心夹持器的出口端、围压泵的进口端、回压泵的进口端分别设置压力表。一种水驱气藏气相阈压梯度的实验测试方法，包括以下步骤：S1、束缚水饱和度下压差-流量测定，包括：S11、岩样称量将岩样清洗、干燥后，用电子天平称得岩样的重量为Grd，将岩样抽真空并饱和地层水后，用电子天平称得岩样的重量为Grw；S12、建立围压打开各管道上的阀门，将饱和地层水的岩样装入岩心夹持器；将岩心夹持器的自动围压泵设置为自动追踪模式，且恒定净围压设置为Pob后，启动自动围压泵；S13、设置实验温度将恒温箱温度设置为气藏温度Tr；S14、建立回压打开回压泵，将回压调节至预定值Pc(1-1)，观察回压泵的进口端的压力表读数，待读数稳定，读取回压泵的进口端的压力表读数Pc(1-1)*；S15、建立束缚水饱和度关闭地层水源进口端、回压泵进口端的阀门，先用恒速恒压泵以0.1ml/min流速驱替岩样中的地层水，然后逐渐增大流速，直至注入气体达到孔隙体积倍数的20倍以上，且岩样不再出水为止，通过干燥管和电子天平测得驱替出的地层水质量Gwc，计算岩样束缚水饱和度Swc：S16、岩样压差-流量测试，包括：S161、第1组压差-流量测试设置恒速恒压泵驱替压力为Pr1，读取氮气源出口端压力表读数Pr1*，建立实验驱替压差△P(1-1)，△P(1-1)＝Pr1*-Pc(1-1)*，测试方法：每间隔1h记录1次气体流量计的流量数据Qg，直至前后两次流量数据波动不超过0.0001mL，则认为流量稳定，记录稳定的气体流量Qg(1-1)和驱出的地层水质量Gw(1-1)，计算此时岩样中的含水饱和度Sw(1-1)，若与束缚水饱和度Swc的差异在3％以内，则认为实验数据可靠，计算式为：S162、完成第2～n组压差-流量测试调节回压泵至预定值Pc(1-2)，观察回压泵的进口端的压力表读数，待读数稳定，读取回压泵的进口端的压力表读数Pc(1-2)*，重复步骤S161中的测试方法，进行第2组压差△P(1-2)下压差-流量测试，△P(1-2)＝Pr1*-Pc(1-2)*；……调节回压泵至预定值Pc(1-n)，观察回压泵的进口端的压力表读数，待读数稳定，读取回压泵的进口端的压力表读数Pc(1-n)*，重复步骤S161中的测试方法，进行第n组压差△P(1-n)下压差-流量测试，ΔP(1-n)＝Pr1*-Pc(1-n)*；S17、测定残余气饱和度关闭氮气源进口端和出口端的阀门，打开地层水源进口端和出口端的阀门，用地层水以0.1ml/min的速度驱替岩样中的气体，然后逐渐增大流速，直至注入地层水达到孔隙体积倍数的20倍以上，且岩样不再出气为止；关闭恒速恒压泵，取出岩样，用电子天平称得岩样的重量为Ggr，计算岩样的残余气饱和度Sgr；S2、实验含水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水驱气藏气相阈压梯度的实验测试系统，其特征在于，包括恒温箱，所述恒温箱内设有岩心夹持器，所述岩心夹持器的进口端分别通过管道连接氮气源、地层水源，所述氮气源、岩心夹持器之间的管道上设置加湿器，所述氮气源、地层水源的进口端通过管道连接恒压恒速泵，所述岩心夹持器的腔体通过管道连接围压泵，所述岩心夹持器的出口端通过管道依次连接回压阀、干燥管的进口端，干燥管的出口端通过管道连接气体流量计，用于实时测量并记录驱出气的体积，所述回压阀的调节口通过管道连接回压泵，所述干燥管放置在电子天平上，用于实时测量并记录驱出水的质量，各管道上分别设置阀门，氮气源的出口端、地层水源的出口端、所述岩心夹持器的出口端、围压泵的进口端、回压泵的进口端分别设置压力表。/n

【技术特征摘要】
1.一种水驱气藏气相阈压梯度的实验测试系统，其特征在于，包括恒温箱，所述恒温箱内设有岩心夹持器，所述岩心夹持器的进口端分别通过管道连接氮气源、地层水源，所述氮气源、岩心夹持器之间的管道上设置加湿器，所述氮气源、地层水源的进口端通过管道连接恒压恒速泵，所述岩心夹持器的腔体通过管道连接围压泵，所述岩心夹持器的出口端通过管道依次连接回压阀、干燥管的进口端，干燥管的出口端通过管道连接气体流量计，用于实时测量并记录驱出气的体积，所述回压阀的调节口通过管道连接回压泵，所述干燥管放置在电子天平上，用于实时测量并记录驱出水的质量，各管道上分别设置阀门，氮气源的出口端、地层水源的出口端、所述岩心夹持器的出口端、围压泵的进口端、回压泵的进口端分别设置压力表。


2.一种水驱气藏气相阈压梯度的实验测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、束缚水饱和度下压差-流量测定，包括：
S11、岩样称量
将岩样清洗、干燥后，用电子天平称得岩样的重量为Grd，将岩样抽真空并饱和地层水后，用电子天平称得岩样的重量为Grw；
S12、建立围压
打开各管道上的阀门，将饱和地层水的岩样装入岩心夹持器；将岩心夹持器的自动围压泵设置为自动追踪模式，且恒定净围压设置为Pob后，启动自动围压泵；
S13、设置实验温度
将恒温箱温度设置为气藏温度Tr；
S14、建立回压
打开回压泵，将回压调节至预定值Pc(1-1)，观察回压泵的进口端的压力表读数，待读数稳定，读取回压泵的进口端的压力表读数Pc(1-1)*；
S15、建立束缚水饱和度
关闭地层水源进口端、回压泵进口端的阀门，先用恒速恒压泵以0.1ml/min流速驱替岩样中的地层水，然后逐渐增大流速，直至注入气体达到孔隙体积倍数的20倍以上，且岩样不再出水为止，通过干燥管和电子天平测得驱替出的地层水质量Gwc，计算岩样束缚水饱和度Swc：



S16、岩样压差-流量测试，包括：
S161、第1组压差-流量测试
设置恒速恒压泵驱替压力为Pr1，读取氮气源出口端压力表读数Pr1*，建立实验驱替压差△P(1-1)，
△P(1-1)＝Pr1*-Pc(1-1)*，
测试方法：
每间隔1h记录1次气体流量计的流量数据Qg，直至前后两次流量数据波动不超过0.0001mL，则认为流量稳定，记录稳定的气体流量Qg(1-1)和驱出的地层水质量Gw(1-1)，计算此时岩样中的含水饱和度Sw(1-1)，若与束缚水饱和度Swc的差异在3％以内，则认为实验数据可靠，计算式为：



S162、完成第2～n组压差-流量测试
调节回压泵至预定值Pc(1-2)，观察回压泵的进口端的压力表读数，待读数稳定，读取回压泵的进口端的压力表读数Pc(1-2)*，重复步骤S161中的测试方法，进行第2组压差△P(1-2)下压差-流量测试，
△P(1-2)＝Pr1*-Pc(1-2)*；
……
调节回压泵至预定值Pc(1-n)，观察回压泵的进口端的压力表读数，待读数稳定，读取回压泵的进口端的压力表读数Pc(1-n)*，重复步骤S161中的测试方法，进行第n组压差△P(1-n)下压差-流量测试，
△P(1-n)＝Pr1*-Pc(1-n)*；
S17、测定残余气饱和度
关闭氮气源进口端和出口端的阀门，打开地层水源进口端和出口端的阀门，用地层水以0.1ml/min的速度驱替岩样中的气体，然后逐渐增大流速，直至注入地层水达到孔隙体积倍数的20倍以上，且岩样不再出气为止；关闭恒速恒压泵，取出岩样，用电子天平称得岩样的重量为Ggr，计算岩样的残余气饱和度Sgr；



S2、实验含水饱和度测点设计
S21、确定相对可动气饱和度间隔
根据实验含水饱和度测点需求数m，按照相对可动气饱和度均匀分布原则，确定实验的相对可动气饱和度间隔Dgfr，



S22、确定相对可动气饱和度
根据确定的相对可动气饱和度间隔，在0～1的范围内确定m个实验相对可动气饱和度点，首个实验相对可动气饱和度点为1；
Sgf2＝1-Dgfr
Sgfr3＝1-2Dgfr
……
Sgffm＝1-(m-1)Dgff
式中：Sgff2为第2个实验相对可动气饱和度测点；Sgff3为第3个实验相对可动气饱和度测点；Sgfrm为第m个实验相对可动气饱和度测点；
S23、确定实验含水饱和度测点
根据实验测得的岩样束缚水饱和度、残余气饱和度和确定的相对可动气饱和度间隔，确定岩样的实验含水饱和度；岩样的第1个含水饱和度测点Sw1为束缚水饱和度Swc，其对应的相对可动气饱和度为1；
Sw2r1-[Sgfr2×(1-Swc-Sgr)]+Sgr
Sw3＝1-[Sgfr3×(1-Swc-Sgr)]+Sgr
……
Swm＝1-[Sgffm×(1-Swc-Sgr)]+Sgr
式中：Sw2为第2个实验含水饱和度测点；Sw3为第3个实验含水饱和度测点；Swm为第m个实验含水饱和度测点；
S3、根据步骤S2中设计的实验含水饱和度测点，进行不同含水饱和度下的压差-流量测试，包括：
S31、岩样准备
重新将岩样清洗、干燥，并饱和地层水；
S32、建立围压
打开各管道上的阀门，将饱和地层水的岩样装入岩心夹持器；将...

【专利技术属性】
技术研发人员：李继强，尹冰毅，戚志林，杨棽垚，严文德，黄小亮，莫非，方飞飞，
申请(专利权)人：重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：重庆;50