油层物理实验讲义.docx
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1、油层物理实验讲义实验一 储层岩石比面的测定 一、实验目的 1掌握储层岩石比面的概念及物理含义。 2了解岩石比面的影响因素。 3了解BMY-II型岩石比面测定仪的测定原理。 4加深理解岩石比面与孔隙度、渗透率的关系。 二、实验原理 由高才尼-卡尔曼方程 f3ff3K= SttsS2SttsSf2Stts(1-f)2Sr2得: Sr=f3Stts(1-f)K2经单位换算并代入管子形状系数、颗粒形状校正系数、毛细管迂曲度得比面的计算公式如下: f3AH1Sr=14 2LQm(1-f)式中 Sr以岩石颗粒体积为基础的比面,cm2cm3; f岩石的孔隙度,小数; A岩石的横截面积,cm2; L岩石长度,
2、cm; Q通过岩芯的空气流量,cm/s; 3m室温下空气的粘度,10-1Pas; H岩芯两端的压差,厘米水柱。 由上式可以看出,当岩样的孔隙度为已知时,岩样的横截面积A和长度L可以用游标卡尺直接量出,而室温下空气的粘度m可由表查得,只要计量通过岩芯的空气流量Q和岩芯两端对应的压差H便可算出岩样的比面Sr。 三、实验仪器 1比面测定仪:主要由岩芯夹持器、空气唧筒和压力计组成,其结构原理如图1-1所示: 2秒表。 3量筒。 4烧杯。 图1-1 岩石比面测定仪流程图 四、实验步骤 1用游标卡尺量出干燥岩样的长度和直径,并计算出岩样的横截面积。 2将岩样放入岩芯夹持器,加环压0.71.0MPa。 3打
3、开进液阀门和排空阀门,向唧筒内灌水,大约2/3唧筒的体积为宜,关闭进液阀和排空阀。 4检查仪器是否有漏气现象:打开排水阀,放出少量水后,关闭排水阀及岩芯夹持器进气阀,观察压力计的液面是否变化,若不变,则表示仪器不漏气,否则应进行检查直到不漏气为止。并打开夹持器的进气阀。 5准备好秒表和量筒,打开排水阀,利用该阀的开度不同来控制流出水的流量,待压力计的压力稳定在某一高度H后,一手拿秒表,一手拿量筒,测量相应压力H下一定时间内所流出的水的体积,记录相应的时间,然后逐渐增大排水阀的排水量,用同样的方法至少测定三个水量和相应的H值,最后关闭排水阀。 6计算单位时间内流出的水量Q,将Q和相应的H带入公式
4、,并根据其他已知量算出岩样比面。 五、注意事项 1必须将岩样放入夹持器后才能加环压。 2向唧筒内加水时,开进水阀之前一定要先打开排空阀门,而且水面高度不应淹没排气口。 3测定流量时,排水阀的开启程度应该由小到大,每次测出V的时间T依V的大小而定,V小则测定时间较长,V大则测定时间稍短,要以量筒的容量为限。 六、实验数据记录及处理 1有关固定数据 岩芯编号: ;岩芯孔隙度: 2实验测计表格 实验量测、计算数据填于表1-1中。 表1-1 岩石比面测定实验数据测计表 测量岩样长度 空气粘度次高度时间 23cm3/s cmcm岩样岩样直径 截 面积测水柱量排液体积 cm3 流量 比面cm cm 0.1
5、Pas 数 cm cmD1 2V1 V2 V3 Vs L1 L2 1 D2 D3 2 3 平均 L3 D L 七、思考题 1当唧筒内吊管没有浸在水中时测定实验是否还可以继续?为什么? 2采用本仪器测定岩石比面时,有何局限性? 实验二 储层岩石孔隙度的测定 一、实验目的 1掌握储层孔隙度的概念及物理含义。 2了解岩样孔隙度测定的多种方法。 3了解气体孔隙度仪测定岩样的孔隙度测定原理。 二、实验原理 气体孔隙度仪测定岩样的孔隙度,是通过测定岩样的外表体积和骨架体积2个参数,计算岩石的孔隙度。 1岩样骨架体积的测定 岩样的骨架体积是利用气体膨胀原理来确定:已知气体体积在确定的压力下向未知体积等温膨胀
6、,膨胀后测定平衡压力,由玻义尔定律求得未知体积。如图21所示,气体的已知体积VK 与所测压力PK 下等温膨胀到未知室体积V中,膨胀后测量最终平衡压力P,这个平衡压力取决于未知体积量,未知体积可以用玻义尔定律求得。 压力计 V,P 阀门 已知室 未知室 图21 玻义尔原理图 Vk Pk VKPK=VP+VKP V=VK(PK-P)/P 对于低压真实气体,在弹性体积中作等温膨胀,考虑到器壁的压变性,忽略一些次要因素,计算由下式表示: V=VK(3PK-PPO+P)+G(PK-P) PP式中 V 未知室空间体积,cm ; VK 已知室空间体积,cm ; PK 已知室的压力,MPa ; P 平衡压力,
7、MPa ; PO当地大气压力,MPa; 3G 体系的压变系数,cm3/MPa。 由上述所知,只要用同样的方法进行两次实验就可以确定出岩样的颗粒体积。未知室不装岩样时得到的平衡压力为P1,未知室空间体积为V1, V1=VK(P+PPK-P1)+O1G(PK-P1) PP11 未知室里装上岩样时得到的平衡压力P,未知室的空间体积V2 V2=VK(PK-PPO+P)+G(PK-P) PP式- 式为岩样的颗粒体积Vs Vs=V1-V2 这里应该指出的是:由于所用的气体孔隙度仪结构设计上考虑了精度和已知室的校正问题,所以在岩样杯中装满了不同体积的钢盘,在测定P1时,应在岩样杯中装满钢圆盘,测定P时应从杯
8、中取出与岩样体积相当的钢盘体积,记录取出的钢圆盘体积V钢,所以颗粒体积为 Vs=V1+V钢V2 2岩样外表体积的测定 Vf=3式中 Vf 岩样外表体积,cm; pD2L4 D 岩样直径,cm; L 岩样长度,cm。 3岩样孔隙度的计算 根据下式就可求出岩样的孔隙度f: f=1-Vs/Vf 4公式中VK、G确定 其方法是在同一原始压力PK下确定: 1)岩样杯中装满钢圆盘时的平衡压力P1 ; 2)从杯中取出第一号钢圆盘后的平衡压力P2; 3)从杯中取出第三号钢圆盘(同时装进第一号钢盘)的平衡压力P3; 根据公式就可以知道下面三个描述性方程: VPK-P1P+P1=VK(P)+O11PG(PK-P1
9、) 1VPK-P22=VK(P)+PO+P2PG(PK-P2) 22V3=VPK-P3K(P)+PO+P3G(PK-P3) 3P3由(2-11) - 得: VPK3-V1=VK(P-PK)+(PK-1)(PP3+PO)-(K-1)(P1+PO)G3P1P3P1由-式得: V2-V1=VK(PKP-PK)+(PK-1)(PP2+PO)-(K-1)(P1+PO)G2P1P2P1令: A=PKPP-K 3P1B=(PKP-1)(P+P(PK3O)-1)(P1+PO) 3P3 2-10) 2-11) 2-12) 2-13) 变成: V3-V1=AVK+BG V2-V1=CVK+DG 经整理得: G=A
10、-CAD-BCD-BAD-BC VK=式中 (V2-V1) 第一次取出的第一号钢圆盘体积; (V3-V1) 第二次取出的第三号钢圆盘体积; PO大气压力。 三、实验仪器 本实验仪器是根据玻义尔定律设计的,所以等温很重要,故要求安装在非通气区,没有空气直接流通的室内实验台上,只要温度稳定在2%范围内,即可测得较稳定的结果。实验仪器有下列部件: 1带有调节器的高压钢瓶一个,瓶内压力约15MPa,用它来作仪器的气源。 2气源阀:供给孔隙计调节器低于1MPa氮气,当供气阀关闭时,调节器通过常泄,使压力保持恒定。 3调节器:将1MPa的压力准确地调节到0.5MPa。 4供气阀:连接0.5MPa压力的气体
11、到标准室和压力计,它是标准室体积的上游极限。 5标准室:已知体积室。 6样品阀:能使标准室内0.5MPa压力的气体连到未知室体积上去,它是标准室体积的下游极限。 7放空阀:使未知体积中的初始压力为0MPa,同时又可以使平衡后的气体放入大气。 8压力计:测量体系中气体压力,用来指示标准室的压力准确达到0.5MPa,并指示体系平衡的压力。 实验仪器流程如图2-2所示。 1 7 4 3 5 8 6 钢瓶1压力计; 2岩芯夹持器;3压力调节器;4气源阀;5供气阀;6样品阀;7放空阀;8定容器 四、实验步骤 1样品准备 1)样品加工:将待测样品用钻床钻成直径为25mm,长度为2050mm,如果不能加工成
12、规则形状的样品,可用其它方法制成能放入岩芯室的形状也可以。 2)样品处理:含油样品先洗油,在105C的烘箱中烘干,然后放入干燥器中冷至室温待测。 2仪器准备 1)连接好岩芯室或夹持器。 2)接通气源使气瓶减压阀压力指示1.0MPa,并检漏。 3)关闭放空阀和样品阀,打开气源阀和供气阀,用调节器使标准室的压力达到0.5MPa。 4)关闭供气阀,稳定一段时间后,如果压力不下降,说明整个系统不漏气,否则就需要检漏。 5)打开样品阀,稳定一段时间后,如果压力不下降,说明整个系统不漏气,否则就需要检漏。 6)如果停用时间较长,正式测量之前应该对压力计进行校正。 3测试步骤 2 图2-2 气体孔隙度仪流程
13、图 1)用游标卡尺测量各个钢圆盘和岩样的直径与长度,计算其几何体积。为了便于区分,将钢圆盘从小到大编号为1、2、3、4。 2)将测量后的钢圆盘全部装入样品杯中,并把该杯密封于夹持器中。 3)开气源阀和供气阀,用压力调节器将压力调节至原始压力PK ,待压力稳定后,关闭供气阀,并记下PK ,然后关闭放空阀。开样品阀,气体膨胀到样品杯,压力计读数从PK下降,待压力稳定后,记下此平衡压力P1。 4)关样品阀,开放空阀,取出1号钢圆盘,然后将样品杯在夹持器中密封,关放空阀重复步骤3),记下平衡压力P2 以及取出的1号钢圆盘体积V1 ,随后关掉样品阀,开放空阀,取出3号钢圆盘,将样品杯装入夹持器密封,关放
14、空阀,重复步骤3),记下平衡压力P3以及钢圆盘体积V2。 5)随后关掉样品阀,开放空阀,从样品杯中取出全部钢圆盘,装入岩样,如岩样未装满岩样杯,用钢圆盘填充。尽量将样品杯装满。然后将样品杯装入夹持器中密封,重复步骤3),记下平衡压力P以及取出的钢圆盘体积V钢。 五、注意事项 1实验过程中,系统压力全稳定后才能读数,一般样品到一分钟就可稳定,致密样品,含泥质多的样品需要二三十分钟。一块样品重复测定时,中间要间隔一两分钟后再测定。 2孔隙计停用时,关气瓶总阀、气源阀和样品阀,使系统保持一定压力,如果压力有损失,说明有漏失。 3孔隙计停用一段时间后,再启用时要试漏,压力计调零。 六、实验数据记录及处
15、理 1实验记录表格 实验记录数据填于表2-1中。 表2-1 岩石孔隙度测定数据记录表 序号 (1) 项目 岩样编号 符号 测量值 N0 (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) 备注 大气压力 岩样长度 岩样直径 原始压力 杯中装满钢圆盘时的平衡压力 从杯中取出1号钢盘时的平衡压力 取出1号钢圆盘的体积 从杯中取出3号钢盘时的平衡压力 取出3号钢圆盘的体积 杯中装样品时的平衡压力 装样品时取出的钢圆盘体积 33PO L D PK P1 P2 V1 P3 V2 P V钢 2实验计算数据 将上述记录数据代入相应计算公式,可以得到测定岩样的孔隙度。
16、处理过程及计算结果按表2-2所示。 表2-2 岩样孔隙度计算结果表 序号 (1) (2) 计算项目 体系的压变系数,cm/MPa 已知室空间体积,cm 岩样颗粒体积,cm 岩样外表体积,cm 岩样的孔隙度, 3333符号 计算值 备注 公式 公式 公式 公式 公式 G VK Vs Vf j 七、思考题 1用气体孔隙度测定仪测定岩石孔隙度时对岩样有什么要求? 2气体孔隙度测定仪测定岩石孔隙度与饱和煤油法测定岩石孔隙度各有什么优缺点? 实验三 储层岩石渗透率的测定 一、实验目的 1掌握储层岩石渗透率的概念及物理含义。 2了解岩样渗透率测定的多种方法。 3掌握液体测定渗透率的测定原理及方法。 二、实
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