油氣層物理學(xué) 三個(gè)實(shí)驗(yàn)

1、 巖心流體飽和度測定巖心內(nèi)流體的含量及各種流體的飽和度數(shù)值是巖心分析中的一個(gè)重要組成部分。因此，分析前應(yīng)對巖樣進(jìn)行合理的處理與保存，以免由于蒸發(fā)或外來液體的侵入而引起液體含量的改變。針對不同的巖性、巖樣大小及取心方法，可選用不同的測定方法，但不管哪種方法，測定原則都是設(shè)法求得巖心中的流體含量。巖心的含油飽和度又分為原始含油飽和度和殘余油飽和度。非密閉取心時(shí)，由于巖心中的部分油氣已逸出，測得的含油飽和度并非原始含油飽和度，而是殘余油飽和度；水的飽和度則為殘余水飽和度。實(shí)驗(yàn)室測定比較常用的方法為：溶劑抽提法和常壓干餾法。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解巖心飽和度測定儀的使用2、掌握巖心飽和度的測定方法二、實(shí)驗(yàn)

2、原理圖1 飽和度干餾儀面板圖1、巖心筒 2、加熱套 3、冷凝管4、熱電耦 5、溫控儀 6、電壓表7、電源開關(guān) 8、進(jìn)水閥9、放空閥 10、指示燈流體飽和度是指某種流體在巖石孔隙中所占據(jù)的空間體積百分?jǐn)?shù)。干餾法是通過儀器對巖心進(jìn)行高溫烘烤，冷凝收集，相關(guān)校正后得到油、水體積，帶入有關(guān)公式求出油、氣、水飽和度值。三、實(shí)驗(yàn)儀器干餾儀如圖1所示。蒸餾儀按結(jié)構(gòu)形式分：單件式和多件式兩種。本實(shí)驗(yàn)采用單件式，是將含油巖樣裝入一個(gè)不銹鋼制的巖心筒內(nèi)，密封后再裝入管式電爐內(nèi)，通過溫控儀均勻加熱，控制升溫幅度，在高溫條件下（本實(shí)驗(yàn)控制在400500）油水被干餾、蒸發(fā)出來，從排液口經(jīng)冷凝管流入下端的集液管中，通過計(jì)

3、量得到從巖石中干餾出的液量。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、精確稱量20g30g樣品，將其小心放入干凈的巖心筒內(nèi)，擰緊頂蓋。2、 將已放入巖樣的樣筒，垂直放入加熱爐中，開啟水閥使冷卻水循環(huán)，實(shí)驗(yàn)過程中依據(jù)冷凝管溫度，適當(dāng)控制出水量。3、 把干凈的集液管接在冷凝管下端，一切就緒，接通電源，調(diào)節(jié)爐溫。4、 隨干餾的進(jìn)程，水和油會不斷冷凝下來。到達(dá)指定溫度后，等待15分鐘，關(guān)閉電源，等待冷卻。5、 從加熱爐中取出巖心筒，待冷卻后打開頂蓋，取出其中的干巖樣稱重并記錄。6、 根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算出油、氣、水飽和度。 7、 實(shí)驗(yàn)結(jié)束，清理實(shí)驗(yàn)用具，在儀器登記本上詳細(xì)填寫使用記錄，征得老師同意后方可離開。五、計(jì)算公式 式中：V

4、o 巖樣含油體積（ml）Vw 巖樣含水體積（ml）Vb 巖樣體積（ml）Bo 地層條件下油的體積系數(shù)Bw 地層條件下水的體積系數(shù)So 含油飽和度（%）Sw 含水飽和度（%）Sg 含氣飽和度（%）e巖樣有效孔隙度（%）干餾前巖石重量（g）水的體積（ml）油的體積（ml）巖石有效孔隙度測定為了正確評價(jià)油氣藏和精確地估算儲量，必須知道油氣藏中油、水所占孔隙體積的大小，因此對各類巖層而言，孔隙度是一個(gè)重要的儲層參數(shù)。有效孔隙度是指巖石在一定壓差下被石油和天然氣飽和連通的孔隙體積Ve與巖石體積Vb之比值。因此不管用什么方法測定有效孔隙度，都是設(shè)法測得巖石的有效孔隙體積和巖石的總體積（幾何體積）。測定的方

5、法主要有飽和液體法和氣體法。（本實(shí)驗(yàn)采用氣體法）。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解有效孔隙度測定儀的使用方法。2、 掌握氣體法測定有效孔隙度的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理氣體法測定孔隙度主要是通過儀器測定巖樣的固相體積（顆粒體積）。巖樣的總體積（外表體積），可用其它方法求得。有了總體積和顆粒體積，不難求出孔隙體積，同時(shí)也獲得了孔隙度。測定巖石顆粒體積是利用氣體膨脹原理，即玻義爾馬略特定律，在恒定溫度下，已知體積（標(biāo)準(zhǔn)室體積）的氣體，在確定的壓力下向未知室作等溫膨脹，狀態(tài)穩(wěn)定后測定最終的平衡壓力，根據(jù)玻義爾馬略特定律，求得未知室的體積。所用氣體一般為氮?dú)饣蚝?，本?shí)驗(yàn)用干燥壓縮空氣作為氣源。根據(jù)玻義爾馬略特定律，如

6、圖1所示：圖1 氣測孔隙度測定儀原理示意圖氣體在已知體積（Vk）和測試壓力（Pk）下作等溫膨脹到未知室，膨脹后測量最終平衡壓（P），則有： 對于低壓真實(shí)氣體，在彈性體積中作等溫膨脹，考慮到器壁的壓變性，忽略一些次要因素，計(jì)算未知體積由下式表示： 式中：V：未知室空間體積（cm3）Vk：已知室空間體積（cm3）Pk：已知室原始壓力（MPa）P：平衡壓力（MPa）Po：當(dāng)天大氣壓（MPa）G：體積的壓變系數(shù)（cm3MPa）由此可見，在體系（Vk、Pk、G）一定時(shí)，待測體積只是壓力P的函數(shù)，平衡壓力P可通過儀器測定。綜上所述，只要用同樣的方法進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn)就可以確定出巖樣的顆粒體積（Vg）。這里應(yīng)指出

7、的是：由于氣體孔隙度儀在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上考慮了精度和標(biāo)準(zhǔn)室體積的校正問題，故在巖心杯中裝滿了不同體積的鋼塊。在測定（P1）時(shí)，應(yīng)在巖樣杯中填滿鋼塊。測定（P2）時(shí)，應(yīng)從杯中取出與巖樣外表體積相同的鋼塊，同時(shí)記錄取出鋼塊體積V鋼，最后得到巖樣顆粒體積為： 巖樣外表體積為： 根據(jù)孔隙度定義，所測巖樣的孔隙度為：% 三、實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器由QKY-I型氣體孔隙度儀及氣源、氣壓計(jì)、游標(biāo)卡尺、實(shí)驗(yàn)巖心等配套設(shè)備組成。孔隙度儀如圖2所示：圖2 孔隙度儀結(jié)構(gòu)圖1、氣源閥 2、調(diào)壓閥 3、供氣閥 4、樣品閥 5、放空閥 6、壓力表 7、氣源 8、夾持器由控制面板、標(biāo)準(zhǔn)室、巖心室三部分組成。通過面板壓力調(diào)節(jié)器，設(shè)定初始

8、壓力，壓力表顯示數(shù)值，使用指定面板控制閥，使氣體向樣品室作等溫膨脹，體積變化后的平衡壓力值仍由壓力表顯示。儀器工作在常溫、常壓環(huán)境中。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、將待測樣品加工成直徑2.5，長度小于5的所需巖樣，在105的烘箱中烘8小時(shí)，取出后放入干燥器中冷卻待用。2、測量巖樣外表尺寸，用游標(biāo)卡尺在三個(gè)不同位置測量長度和直徑，取其算數(shù)平均值作為計(jì)算值。同時(shí)測出儀器配備的四塊鋼盤的長度和直徑。鋼盤從小到大依次為1、2、3、4。3、將全部鋼塊填入樣品室，轉(zhuǎn)動T型手柄密封于夾持器中。4、開啟放空閥，放空巖心室內(nèi)的氣體，關(guān)閉放空閥。5、打開氣源閥，然后打開供氣閥。調(diào)節(jié)調(diào)壓閥，設(shè)置初始壓力，向標(biāo)準(zhǔn)室供氣，初始壓力0

9、.4MPa。6、關(guān)閉供氣閥，壓力穩(wěn)定后記錄初始壓力（Pk）。7、開啟樣品閥，待標(biāo)準(zhǔn)室和樣品室壓力平衡后，記錄平衡壓力（P1），此時(shí)為填滿鋼塊時(shí)的平衡壓力。8、開啟放空閥，放空巖心室內(nèi)的氣體。關(guān)閉放空閥。關(guān)閉樣品閥。9、從樣品室中取出1號鋼塊。封好樣品室。10、打開供氣閥，向標(biāo)準(zhǔn)室供氣，看初始壓力（Pk）是否變化，若有變化就調(diào)節(jié)調(diào)壓閥使壓力為Pk。關(guān)閉供氣閥。開啟樣品閥，記錄壓力值(P2)。這里有一點(diǎn)需特別說明：Pk在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)始終保持不變。11、從樣品室中取出3號鋼塊，同時(shí)裝入1號鋼塊。重復(fù)步驟10，記錄壓力值(P3)。12、從樣品室中取出全部鋼塊，填入巖樣，如巖樣未滿，用體積合適的鋼塊充填

10、，密封后，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟10，記錄壓力值（P）及取出的鋼塊體積V鋼。13、實(shí)驗(yàn)完畢，打開放空閥。打開樣品室，取出巖樣。再將四個(gè)鋼塊放入樣品室。關(guān)閉所有閥門。14清理實(shí)驗(yàn)用具，將儀器歸位，在儀器登記本上填寫使用記錄。將巖樣交還給老師，離開實(shí)驗(yàn)室。五、計(jì)算公式根據(jù)公式可以得出下列各式： 式中：V1：巖樣杯中裝滿鋼塊時(shí)的未知室體積（cm3）V2：從杯中取出一號鋼盤時(shí)的未知室體積（cm3）V3：從杯中取出三號鋼盤，裝回一號鋼盤時(shí)的未知室體積（cm3）V4：放入巖樣及填入鋼盤時(shí)的未知室體積（cm3）由式-得： 由式-得： 令： 所以： 整理后得： 式中：第一次取出的1號鋼塊體積；：第二次取出的3號鋼塊體積

11、；巖樣顆粒體積，巖樣總體積，孔隙度可分別由式、求出。六、注意事項(xiàng)1、儀器應(yīng)小心操作，樣品應(yīng)輕拿輕放，杜絕人為損壞。2、調(diào)節(jié)壓力必須精確，且系統(tǒng)壓力穩(wěn)定后方可讀數(shù)。3、測量時(shí)，原則是使被測樣品留存于樣品室的空間體積最小。表1 巖石孔隙度測量數(shù)據(jù)原始記錄表樣號： 室溫： 空氣濕度： 測試日期： 序次容內(nèi)L(cm)D(cm)Pk(MPa)P1(MPa)P2(MPa)P3(MPa)P4(MPa)Po(MPa)V鋼1(cm3)V鋼2(cm3)V鋼(cm3)1表2 巖石孔隙度測量數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果表次容內(nèi)序ABCDV2-V1V3-V1VkGVgVb(%)(%)1巖石比面測定比表面積是表示分散介質(zhì)或巖石粗細(xì)程度的

12、一種重要指標(biāo)，許多物理化學(xué)現(xiàn)象都涉及到物體的分散度，因此，比表面積是研究分散介質(zhì)（如水泥等物質(zhì)）的性能和研究巖石吸附特性和孔滲飽物性的重要指標(biāo)，它廣泛應(yīng)用于建筑材料和地質(zhì)工業(yè)。一、測定原理單位體積巖石內(nèi)顆粒的總表面積，或單位體積巖石內(nèi)總孔隙的內(nèi)表面積稱之為巖石的比面，其單位通常用厘米2/厘米3表示。巖石顆粒越細(xì)，形成的孔道就越小，則一定量的空氣通過巖樣時(shí)遇到的阻力也越大，這樣測得的比面也就越大；反之，比面就越小。巖石比面的大小與巖石的其它物性滲透率、孔隙度、吸附能力等有關(guān)，特別是與孔隙度、滲透率的關(guān)系很大，它們存在有如下關(guān)系：式中：S 巖樣的比面，厘米2/厘米3；A 巖樣的截面積，厘米2；L

13、巖樣的長度，厘米； 巖樣的孔隙度，小數(shù)；Q 通過巖樣的氣體流量，厘米3/秒；H 相應(yīng)于流量Q時(shí)巖樣兩端的壓差（水柱高），厘米；U 空氣粘度，帕·秒。由上式可以看出，當(dāng)巖樣的孔隙度為已知，A和L可直接量出，U由查表得到后，只要通過壓差計(jì)測得空氣通過巖樣的壓差H相應(yīng)的流量Q便可算出巖樣的比面。二、儀器組成巖石比面儀主要由巖心夾持器、壓差計(jì)和空氣唧筒組成。測定打開排水開關(guān)，水從唧筒中流出，瓶內(nèi)壓力降低，空氣從進(jìn)氣孔經(jīng)巖樣進(jìn)入唧筒內(nèi)。當(dāng)壓差計(jì)上的水柱高H一定時(shí)，進(jìn)入的空氣量等排出的水量，用量筒量出相應(yīng)壓差下流出的水量，便可按公式計(jì)算出巖樣的比面。三、操作步驟1測定巖樣必須保證是干燥的，用游標(biāo)卡尺量出巖樣的長度和直徑，算出巖樣的截面積。2將量好的巖樣放入巖心夾持器，為確保巖樣與夾持器之間不發(fā)生竄流，應(yīng)加0.71MPa的環(huán)壓。3打開放空開關(guān)和注水開關(guān)，向瓶內(nèi)灌水，大約灌2/3即可關(guān)上放空和注水開關(guān)，一定要關(guān)緊。4檢查儀器是否有漏氣現(xiàn)象打開排水開關(guān)，放出少量的水后，關(guān)閉排水開關(guān)和巖心夾持器進(jìn)氣孔，看壓差計(jì)的液面是否變化，如不變化，則不漏氣