一种基于时域反射技术的测量高温高压岩心动态毛管力的装置及实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于时域反射技术的测量高温高压岩心动态毛管力的装置及实验方法，属于油气田开发室内实验技术领域，包括驱替系统、含水饱和度测量系统以及压力传感系统。在地层温度压力条件下建立有效驱替，通过半渗隔膜实现油相水相压力的独立测量，通过分布于岩心两侧的TDR探针以及压力传感器，测试岩心不同时间不同位置处的含水饱和度以及油水两相压力差(即动态毛管力)，从而绘制出以润湿相饱和度为横坐标、动态毛管力为纵坐标的岩心动态毛管力曲线，可设置不同参数进行多次测量。此装置较CT法和核磁共振法节约成本、较电阻率法测量精确，为认识油藏特性提供可靠手段，为油藏开发方案制定提供有效的数据支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时域反射技术的测量高温高压岩心动态毛管力的装置及实验方法
本专利技术涉及一种基于时域反射技术的测量高温高压岩心动态毛管力的装置及实验方法，属于油气田开发室内实验

技术介绍
油藏岩石细小的连通孔隙可视为毛细管，流体在其中流动。当互不相溶的两相流体在岩心孔隙内相互接触时，流体之间有一弯月形的分界面。由于界面张力和润湿性的作用，使得分界面两侧流体的压力是不相等的，其压力差一般称为毛管压力。毛管压力是毛细管中弯液面两侧非湿相与湿相流体的压力差，是附着张力与界面张力共同作用对弯液面内部产生的附加压力，它的方向朝向弯液面的凹向，大小等于管中液柱产生的压力。毛管力与两相界面的界面张力成正比，与毛细管半径呈反比。毛管力可以确定或计算束缚水饱和度、孔渗大小、岩石润湿性等储层评价参数，是油气勘探和开发中不可或缺的技术资料。毛管力与湿相(或非湿相)饱和度的关系曲线称为毛管力曲线。测定毛管力曲线的方法很多，目前常用的有三种：半渗隔板法、压汞法和离心法。这三种方法的基本原理相同，即岩心饱和湿相流体，当外加压力克服某毛细管喉道的毛管力时，非湿相进入该孔隙，将其中的湿相驱出。通常考虑的毛管力都是湿相和非湿相流体界面达到平衡状态的静态毛管力，但研究发现在非稳态过程中毛管力是不断变化的，其不仅仅是湿相饱和度的函数，还受到湿相流体饱和度变化率影响，尤其在渗透率低的时候这种影响更加明显。因此，动态毛管力的测量主要问题集中在两相压力和饱和度随时间的变化。目前动态毛管力的测量多为填砂模型，且多在常温常压下进行，对于高压高温条件下岩心尺度动态毛管力的测量装置需要进一步研究。关于两相压力测量主要采用半渗隔板法，测试精度较高，但传统的半渗隔板对流经的流体阻力较大，对于驱替相往往需要很高的启动压力，不适合用于动态毛管力测量。关于饱和度的测量方法现如今主要为CT法，核磁共振法，电阻率法，CT法和核磁共振法成本较高，电阻率法测量精度有待考究。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种基于时域反射技术(以下简称TDR)的测量高温高压岩心动态毛管力的装置，操作方便，测量准确度高，通过半渗隔膜实现隔油过水或隔水过油，通过压力传感器测得水相及油相压力，二者的差值即为动态毛管力，通过TDR探针测得不同横截面随时间的含水饱和度变化，可以研究在驱替过程中含水饱和度的变化对毛管力变化造成的影响，实现毛管力曲线的动态监测。本专利技术的下技术方案如下：一种基于时域反射技术的测量高温高压岩心动态毛管力的装置，包括高压柱塞泵、高压中间容器、岩心夹持器、压力测试系统、饱和度测试系统、油水分离器、围压泵和恒温箱；所述高压中间容器为两个，分别为用于盛油的高压中间容器A和用于盛水的高压中间容器B，以模拟油或者地层水；所述高压柱塞泵分别与高压中间容器A和高压中间容器B连接，用于给高压中间容器A/B底部活塞加压，以控制驱入岩心的流体流量，所述高压中间容器A和高压中间容器B均通过一六通阀与岩心夹持器的入口连接，所述岩心夹持器的出口连接所述油水分离器，用于计量驱出流体，以计算驱替过程中岩心的平均含水/含油饱和度；高压柱塞泵优选为ISCO系列的高压柱塞泵，参数为：流速范围为0.00001-50mL/min，压力范围为10-10000psi；所述岩心夹持器用于放置岩心，以模拟高温高压条件下水驱油过程，所述围压泵与岩心夹持器的围压加压口连接，用于给岩心夹持器施加围压，模拟油藏岩心所受岩层压力，所述高压中间容器A、高压中间容器B、六通阀、岩心夹持器和油水分离器位于所述恒温箱内；所述压力测试系统包括在压力测试点处包裹在岩心表面的油湿半渗隔膜和水湿半渗隔膜，分别用于隔水过油和隔油过水，油湿半渗隔膜处连接有用于测量油相压力的压力传感器A，水湿半渗隔膜处连接有用于测量水相压力的压力传感器B，压力传感器A和压力传感器B均外接至压力数据采集系统，本专利技术中的油湿半渗隔膜和水湿半渗隔膜，均可采用现有的半渗透膜，本专利技术岩心采用厚度极小的半渗隔膜包裹，这种薄膜对流经的流体阻力较小，用较短的时间即可构造一条多个压力点的毛细管压力曲线；本专利技术所采用的压力传感器A/B均为普通的压力传感器，能够测量液体压力即可。所述饱和度测试系统包括在饱和度测试点设置的TDR探针，以及与TDR探针相连接的时域反射信号发生采集器，时域反射信号发生采集器与TDR数据采集系统连接，通过时域反射技术测试测试点的润湿相饱和度。本专利技术的高压中间容器A和高压中间容器B均包括两个腔体，上部腔体盛放实验流体，即驱替用的模拟油或者模拟地层水，下部腔体用于盛放驱替过程中由泵进入中间容器的水，两部分腔体中间用活塞隔开，实验初始状态时活塞位于中间容器最底部，当高压柱塞泵开始工作，即驱替开始，高压柱塞中的液体沿着管线到中间容器A/B的底部，开始推动活塞将活塞向上顶，活塞将上部腔体的模拟油或者模拟水推出，通过管线到达岩心夹持器。优选的，所述岩心夹持器包括筒体、胶皮筒和位于筒体两端的第一堵头和第二堵头，所述第一堵头和第二堵头与筒体之间为螺纹连接，所述胶皮筒安装在筒体内，胶皮筒内放置有岩心，所述围压加压口设置于筒体上，所述第一堵头和第二堵头靠近岩心端均设置有岩心塞，所述第一堵头和第二堵头中心均连接有一紧固件，该紧固件穿过第一堵头/第二堵头与岩心塞固定连接；所述紧固件内部在岩心两端分别设置有上游管线和下游管线，上游管线连接六通阀，下游管线连接油水分离器，岩心塞中间设置小孔，便于流体在岩心夹持器中流通。所述第一堵头和第二堵头都可以相对于筒体可活动，可通过左进又退或左退又进的方式调节岩心的位置，岩心塞可最大限度的压紧岩心，防止泄露，也防止由于第一堵头/第二堵头与筒体之间的螺纹连接老化带来的泄露问题。优选的，所述紧固件为细长圆柱形的可调节紧固件，可调节紧固件与第一堵头/第二堵头螺纹连接，用于第一堵头/第二堵头粗调位置的基础上可以通过可调节紧固件连接着岩心塞进行微调。优选的，所述压力测试点成对分布，每一对压力测试点的两个测试点分别位于岩心夹持器的前后中心位置，沿岩心夹持器直径方向对称分布；所述每一对测试点的其中一个测试点处设置用于隔水过油的油湿半渗隔膜，另一个测试点处设置用于隔油过水的水湿半渗隔膜，所述油湿半渗隔膜和水湿半渗隔膜包裹在岩心两侧，实验过程中施加的围压可将其固定在胶皮筒内壁上，围压的作用下油湿半渗隔膜和水湿半渗隔膜不会发生滑移，为增加牢固性，也可在油湿半渗隔膜和水湿半渗隔膜边缘处加一点胶固定在岩心两侧，所述胶皮筒内壁上油湿半渗隔膜处引出一管线A，该管线A穿过胶皮筒连接所述压力传感器A，用于测试油相压力，所述胶皮筒内壁上水湿半渗隔膜处引出一管线B，该管线B穿过胶皮筒连接所述压力传感器B，用于水相压力。油湿半渗隔膜、水湿半渗隔膜包裹在岩心两侧时，油/水湿半渗隔膜的长度、高度可视岩心尺寸灵活设定，即半渗隔膜的包裹面积可根据实验要求灵活设定。优选的，所述压力测试点为3对，共6个测试点，其中，3个测试点位于岩心夹持器中心位置正前方，且其连线平行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于时域反射技术的测量高温高压岩心动态毛管力的装置，其特征在于，包括高压柱塞泵、高压中间容器、岩心夹持器、压力测试系统、饱和度测试系统、油水分离器、围压泵和恒温箱；/n所述高压中间容器为两个，分别为用于盛油的高压中间容器A和用于盛水的高压中间容器B，以模拟油或者地层水；所述高压柱塞泵分别与高压中间容器A和高压中间容器B连接，用于给高压中间容器A/B底部活塞加压，以控制驱入岩心的流体流量，所述高压中间容器A和高压中间容器B均通过一六通阀与岩心夹持器的入口连接，所述岩心夹持器的出口连接所述油水分离器，用于计量驱出流体，以计算驱替过程中岩心的平均含水/含油饱和度；/n所述岩心夹持器用于放置岩心，以模拟高温高压条件下水驱油过程，所述围压泵与岩心夹持器的围压加压口连接，用于给岩心夹持器施加围压，模拟油藏岩心所受岩层压力，所述高压中间容器A、高压中间容器B、六通阀、岩心夹持器和油水分离器位于所述恒温箱内；/n所述压力测试系统包括在压力测试点处包裹在岩心表面的油湿半渗隔膜和水湿半渗隔膜，分别用于隔水过油和隔油过水，油湿半渗隔膜处连接有用于测量油相压力的压力传感器A，水湿半渗隔膜处连接有用于测量水相压力的压力传感器B，压力传感器A和压力传感器B均外接至压力数据采集系统；/n所述饱和度测试系统包括在饱和度测试点设置的TDR探针，以及与TDR探针相连接的时域反射信号发生采集器，时域反射信号发生采集器与TDR数据采集系统连接，通过时域反射技术测试测试点的润湿相饱和度。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于时域反射技术的测量高温高压岩心动态毛管力的装置，其特征在于，包括高压柱塞泵、高压中间容器、岩心夹持器、压力测试系统、饱和度测试系统、油水分离器、围压泵和恒温箱；
所述高压中间容器为两个，分别为用于盛油的高压中间容器A和用于盛水的高压中间容器B，以模拟油或者地层水；所述高压柱塞泵分别与高压中间容器A和高压中间容器B连接，用于给高压中间容器A/B底部活塞加压，以控制驱入岩心的流体流量，所述高压中间容器A和高压中间容器B均通过一六通阀与岩心夹持器的入口连接，所述岩心夹持器的出口连接所述油水分离器，用于计量驱出流体，以计算驱替过程中岩心的平均含水/含油饱和度；
所述岩心夹持器用于放置岩心，以模拟高温高压条件下水驱油过程，所述围压泵与岩心夹持器的围压加压口连接，用于给岩心夹持器施加围压，模拟油藏岩心所受岩层压力，所述高压中间容器A、高压中间容器B、六通阀、岩心夹持器和油水分离器位于所述恒温箱内；
所述压力测试系统包括在压力测试点处包裹在岩心表面的油湿半渗隔膜和水湿半渗隔膜，分别用于隔水过油和隔油过水，油湿半渗隔膜处连接有用于测量油相压力的压力传感器A，水湿半渗隔膜处连接有用于测量水相压力的压力传感器B，压力传感器A和压力传感器B均外接至压力数据采集系统；
所述饱和度测试系统包括在饱和度测试点设置的TDR探针，以及与TDR探针相连接的时域反射信号发生采集器，时域反射信号发生采集器与TDR数据采集系统连接，通过时域反射技术测试测试点的润湿相饱和度。


2.根据权利要求1所述的基于时域反射技术的测量高温高压岩心动态毛管力的装置，其特征在于，所述岩心夹持器包括筒体、胶皮筒和位于筒体两端的第一堵头和第二堵头，所述第一堵头和第二堵头与筒体之间为螺纹连接，所述胶皮筒安装在筒体内，胶皮筒内放置有岩心，所述围压加压口设置于筒体上，所述第一堵头和第二堵头靠近岩心端均设置有岩心塞，所述第一堵头和第二堵头中心均连接有一紧固件，该紧固件穿过第一堵头/第二堵头与岩心塞固定连接；
所述紧固件内部在岩心两端分别设置有上游管线和下游管线，上游管线连接六通阀，下游管线连接油水分离器，岩心塞中间设置小孔，便于流体在岩心夹持器中流通。


3.根据权利要求2所述的基于时域反射技术的测量高温高压岩心动态毛管力的装置，其特征在于，所述紧固件为细长圆柱形的可调节紧固件，可调节紧固件与第一堵头/第二堵头螺纹连接。


4.根据权利要求1所述的基于时域反射技术的测量高温高压岩心动态毛管力的装置，其特征在于，所述压力测试点成对分布，每一对压力测试点的两个测试点分别位于岩心夹持器的前后中心位置，沿岩心夹持器直径方向对称分布；
所述每一对测试点的其中一个测试点处设置用于隔水过油的油湿半渗隔膜，另一个测试点处设置用于隔油过水的水湿半渗隔膜，所述油湿半渗隔膜和水湿半渗隔膜包裹在岩心两侧，所述胶皮筒内壁上油湿半渗隔膜处引出一管线A，该管线A穿过胶皮筒连接所述压力传感器A，用于测试油相体压力，所述胶皮筒内壁上水湿半渗隔膜处引出一管线B，该管线B穿过胶皮筒连接所述压力传感器B，用于测试水相压力。


5.根据权利要求4所述的基于时域反射技术的测量高温高压岩心动态毛管力的装置，其特征在于，所述压力测试点为3对，共6个测试点，其中，3个测试点位于岩心夹持器中心位置正前方，且其连线平行于岩心夹持器长度方向，另外3个测试点位于岩心夹持器中心位置正后方，且其连线也平行于岩心夹持器长度方向，同一连线上的相邻测试点距离优选为2cm。


6.根据权利要求5所述的基于时域反射技术的测量高温高压岩心动态毛管力的装置，其特征在于，所述饱和度测试点为三个，等间距分布于岩心夹持器顶部，相邻饱和度测试点的距离优选为2cm，所述TDR探针包括三组，每个饱和度测试点处对应设置一组，每一组TDR探针均包括一根正极探针和一根负极探针，正极探针和负极探针均平行等间距地以圆形布设于饱和度测试点...

【专利技术属性】
技术研发人员：李紫莉，李爱芬，姚军，马敏，付帅师，张磊，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37