油層物理實(shí)驗(yàn)講義

1、常州大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)實(shí)驗(yàn)中心l一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?1.了解實(shí)驗(yàn)室取得膠結(jié)巖石孔隙度的方法 2.鞏固絕對(duì)孔隙度、有效孔隙度、流動(dòng)孔隙度的概念l二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理 根據(jù)玻義爾定律，在恒定溫度下，巖心杯一定，放入巖心杯的巖樣，其固相(顆粒)體積越小，則巖心杯中剩余的常壓空氣體積便越大，室內(nèi)的空氣就越容易被壓縮，壓力也就越低；反之，當(dāng)放入巖心杯內(nèi)的巖樣固相體積越大，壓力也就越高。根據(jù)壓力的大小就可以測(cè)得巖樣的固相體積。 l三、儀器設(shè)備三、儀器設(shè)備 圖1-1 QKYII型氣體孔隙度儀1氣源閥 2供氣閥 3調(diào)節(jié)器 4壓力顯示 5巖心杯 6樣品閥 7放空閥l儀器由下列部件組成：氣源閥：供給孔隙度儀調(diào)

2、節(jié)器低于10kg/cm2的氣體，當(dāng)供氣閥關(guān)閉時(shí)，調(diào) 節(jié) 器通過(guò)常泄，使壓力保持恒定。 供氣閥：連接6kg/cm2的氣體到標(biāo)準(zhǔn)室和壓力傳感器，它是標(biāo)準(zhǔn)室體積的 上游極限。 調(diào)節(jié)器：將10kg/cm2的壓力準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)到6kg/cm2。壓力傳感器：測(cè)量體系中氣體壓力，用來(lái)指示標(biāo)準(zhǔn)室的壓力準(zhǔn)確達(dá)到 6 kg/cm2， 并指示體系的平衡壓力。樣品閥：能使標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)6kg/cm2的氣體連接到未知室體積上去，它是標(biāo)準(zhǔn) 室體積的下游極限。放空閥：使未知體積中的初始?jí)毫Τ?kg/cm2，同時(shí)又可以使平衡后的氣 體放入大氣。標(biāo)準(zhǔn)室：己知體積室。l四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟1.用游標(biāo)卡尺測(cè)量各個(gè)鋼圓盤(pán)和巖樣的直徑與長(zhǎng)度

3、(為了便于區(qū)分，將鋼圓盤(pán) 從小到大編號(hào)為l、2、3、4)，并記錄在數(shù)據(jù)表中。2.將2號(hào)鋼圓盤(pán)裝入樣品杯，并把樣品杯放入夾持器中，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)T形轉(zhuǎn)柄一周，使之密封。3.開(kāi)氣源閥、供氣閥，用壓力調(diào)節(jié)器將壓力調(diào)節(jié)至原始?jí)毫k=588kPa。待壓力穩(wěn)定 后，關(guān)閉供氣閥、氣源閥，并記錄下Pk，然后關(guān)放空閥。4.開(kāi)樣品閥，氣體膨脹到樣品杯(未知室)，壓力傳感器讀數(shù)從Pk下降，待壓力穩(wěn)定后，記下此平衡壓力P。5.關(guān)樣品閥，開(kāi)放空閥，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)T形轉(zhuǎn)柄一周，將樣品杯向外推出，取出鋼圓盤(pán)。6.用同樣方法將3號(hào)、4號(hào)及全部(1號(hào)一4號(hào))鋼圓盤(pán)裝入樣品杯中，重復(fù)步驟15，記下平衡壓力P。7.將待測(cè)巖樣裝入樣品杯，

4、按上述方法測(cè)定裝樣品后的平衡壓力P。8.將上述數(shù)據(jù)填入原始記錄表(見(jiàn)附表)。l五、數(shù)據(jù)處理與計(jì)算l1.按 ，計(jì)算各個(gè)鋼圓盤(pán)體積和巖樣外表體積。 l2.繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。以表中鋼圓盤(pán)體積V為橫坐標(biāo)，壓力P為縱坐標(biāo)繪制曲線，如圖1-2所示。l3.由裝樣后測(cè)得的平衡壓力P，在標(biāo)準(zhǔn)曲線上反查出V，即V顆。l4.按 ，計(jì)算巖樣的孔隙度。 5.符號(hào)說(shuō)明：l P壓力，kPa； V體積，cm3； l l D直徑，cm； L長(zhǎng)度，cm；l V顆巖樣顆粒體積，cm3；l V外巖樣外表體積，cm3；l 孔隙度，。HDVf42%100)1 (外顆VV圖1-2 標(biāo)準(zhǔn)曲線示意圖附表：附表：孔隙度測(cè)定原始記錄表孔隙度測(cè)定原始記

5、錄表鋼圓盤(pán)編號(hào)鋼圓盤(pán)編號(hào)2號(hào)號(hào)3號(hào)號(hào)4號(hào)號(hào)14號(hào)號(hào)巖樣巖樣直徑直徑D(cm)長(zhǎng)度長(zhǎng)度L(cm)體積體積V(cm3)測(cè)得壓力測(cè)得壓力P(kPa)l 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊弧?shí)驗(yàn)?zāi)康?1.鞏固和加深油、水飽和度的概念，了解所測(cè)得的是殘余油飽和度 2.掌握干餾儀測(cè)定巖心中油、水飽和度的原理及方法。l 二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理 常壓干餾法就是把巖心放入鋼制的巖心筒內(nèi)加熱，通過(guò)干餾將巖心中的油、水蒸出，再通過(guò)冷凝收集于量筒中，讀出油、水體積后計(jì)算飽和度。 l三、儀器設(shè)備三、儀器設(shè)備 干餾儀如圖所示。巖樣裝入一個(gè)不銹鋼制的巖心筒內(nèi)，用帶絲扣的密封蓋蓋好。巖心筒裝入一個(gè)絕緣的管狀立式電爐中，巖心筒下端的排液口與冷凝

6、管座靠重力密封連結(jié)(接觸密封)。冷凝管外面還有幾個(gè)散熱片，冷凝管有循環(huán)水流動(dòng)。巖樣加熱后，油、水從排液口流出經(jīng)冷凝管流入下邊的量筒內(nèi)。圖21 GLY型干餾法巖石油、水飽和度測(cè)定儀 1-巖心筒 2-電爐 3-散熱片 4-冷凝水 5-出液口 6溫度設(shè)置、顯示器 7電源指示燈 8電源開(kāi)關(guān) 9進(jìn)水開(kāi)關(guān) 10出水開(kāi)關(guān)l四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟 1.精確稱重巖樣100175克，并將其放入干凈的巖心筒內(nèi)，上緊上蓋。 2.將放入巖樣后的巖心筒，放入管狀立式電爐中，然后使冷水循環(huán)，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)。 3.把干凈的量筒放在儀器出液口的下面，隨干餾的進(jìn)程，計(jì)量干餾出來(lái)的水量和時(shí)間的關(guān)系，并繪制如圖22所示的關(guān)系曲線，從

7、其可以確定巖樣中的束縛水全部蒸餾出來(lái)的時(shí)間，即圖中曲線第一個(gè)臺(tái)階所指明的時(shí)間(例如1020分鐘)，亦即加熱至該時(shí)間(例如20分鐘)后，就應(yīng)從量筒中讀出巖心中的含水體積，超過(guò)該時(shí)問(wèn)的水的讀值，其中可能包括礦物的結(jié)晶水，后者將會(huì)給飽和度的計(jì)算帶來(lái)誤差。 4.讀出巖樣中束縛水的體積后，繼續(xù)加熱2030分鐘，直至量筒中的油的體積不再增后，關(guān)上電源開(kāi)關(guān)，關(guān)掉循環(huán)水，記錄量筒中油的體積讀值。為了補(bǔ)償在干餾中因蒸發(fā)損失、結(jié)焦或裂解所導(dǎo)致的石油體積讀值的減少，應(yīng)通過(guò)圖23所示的石油體積校正曲線對(duì)蒸發(fā)的石油體積進(jìn)行校正。校正曲線是事先根據(jù)不同類型原油通過(guò)干餾試驗(yàn)做出的。 5.從電爐中取出巖心筒，待稍涼一段時(shí)間后

8、打開(kāi)上蓋，倒出其中的干巖樣稱重并記錄。l五、數(shù)據(jù)處理與計(jì)算五、數(shù)據(jù)處理與計(jì)算 %1001yooWVS%1001ywwWVS式中 So含油飽和度，； Sw含水飽和度，； Vo校正后的油量，mL； Vw干餾出的水量，mL； 巖石孔隙度，； y巖樣密度，g/cm3； W1干餾后巖樣的重量，g。 l五、數(shù)據(jù)處理與計(jì)算五、數(shù)據(jù)處理與計(jì)算 圖2-2 水的校正曲線 圖2-3 油的校正曲線 l五、數(shù)據(jù)處理與計(jì)算五、數(shù)據(jù)處理與計(jì)算油水飽和度測(cè)定原始記錄 孔隙度 (%) 巖樣視密度 (g/cm3) 干餾后巖樣重 (g) 干餾出的水量 (mL) 干餾出的油量 (mL) 校正后的油量 (mL) l一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)

9、目的 1.進(jìn)一步加深滲透率的概念和達(dá)西定律的應(yīng) 用，學(xué)會(huì)推導(dǎo)氣測(cè)滲透率的公式。 2.掌握氣測(cè)滲透率的原理和方法。 l二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理 滲透率的大小表示多孔介質(zhì)(巖心)傳輸流體能力的大小，其單位是m2(或mD)。粘度為1mPa.s的液體在0.1MPa(1絕對(duì)大氣壓)壓力作用下，通過(guò)截面積為1cm2、長(zhǎng)度為lcm的巖心時(shí)，液體的流量為1cm3/s時(shí)，其滲透率為1m2。 氣體在多孔介質(zhì)中流動(dòng)時(shí)，由氣體的一維穩(wěn)定滲流達(dá)西定律可得到下面公式： l二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理 12221010)(2PPALPQK式中 K氣體滲透率，m2； A巖樣截面積，cm2； L巖樣長(zhǎng)度，cm； 氣體粘度，mPa.

10、s； Q絕對(duì)大氣壓時(shí)氣體流 量，cm3/s； P0大氣壓力，mmHg； P1巖樣的進(jìn)口壓力， MPa； P2巖樣的出口壓力，MPa；l三、儀器設(shè)備三、儀器設(shè)備 1 真空閥 2氣源閥 3壓力調(diào)節(jié)器 4環(huán)壓閥 5放空閥6上流壓力表 7轉(zhuǎn)子流量計(jì) 8巖心夾持器 9環(huán)壓表 STY2型氣體滲透率測(cè)定儀l三、儀器設(shè)備三、儀器設(shè)備 STY一2氣體滲透率儀如圖所示主要有下列部件：1.裝巖心用的巖心夾持器。2.環(huán)壓表。用來(lái)指示橡皮筒外部所加的壓力值。3.上流壓力表。用來(lái)指示巖心的上流壓力。4.壓力調(diào)節(jié)器。用來(lái)調(diào)節(jié)氣源進(jìn)入的氣體，并減壓，控制巖心上流所需要的操作壓力值。5.放空閥。打開(kāi)此閥放掉環(huán)壓，使橡皮筒內(nèi)的壓

11、力達(dá)到常壓。6.環(huán)壓閥。打開(kāi)此閥，使高壓氣體進(jìn)入巖心夾持器與橡皮筒之間的環(huán)形空間。使橡皮筒緊貼住巖樣，也緊貼住巖心夾持器的上下端塞。7.氣源閥。供給滲透率儀調(diào)節(jié)器低于10kg/cm2的氣體，再通過(guò)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)纳狭鲏毫Α?.干燥器。使進(jìn)入巖樣前的氣體進(jìn)行干燥，然后再進(jìn)入巖樣。9.流量計(jì)。用來(lái)計(jì)量巖樣出口端氣體的流量。l四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟1.用游標(biāo)卡尺量出巖樣的長(zhǎng)度和直徑，計(jì)算其橫截面積A。2.先檢查面板上各個(gè)閥門(mén)與夾持器上的手輪是否關(guān)緊。3.將巖樣裝進(jìn)巖心夾持器的橡皮筒內(nèi)，用加壓鋼柱塞將巖樣向上頂，直到巖樣兩端被夾持器上端堵頭與加壓鋼柱塞貼緊為止，擰緊手輪。4.開(kāi)、關(guān)一下放空閥。

12、5.打開(kāi)氣源，將氣瓶的壓力表調(diào)到10kg/cm2，開(kāi)環(huán)壓閥，使環(huán)壓表顯示10kg/cm2，關(guān)環(huán)壓閥。6.將氣瓶的輸出壓力調(diào)到1.0kg/cm2左右(視巖樣滲透性大小而定)，開(kāi)氣源閥，順時(shí)針調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器(一般壓力由小到大調(diào)節(jié))，調(diào)至所需要的上流壓力。7.選擇一流量計(jì)，在不同上流壓力下讀取流量(在滿足要求的情況下盡量選用小量程的流量計(jì))。要求每塊巖樣應(yīng)測(cè)3個(gè)點(diǎn)以上不同壓差下的流量。8.逆時(shí)針調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器，使上流壓力降至零，開(kāi)放空閥，使環(huán)壓降至零，取出巖樣。9.實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，將夾持器中放一巖樣，并將加壓柱塞推進(jìn)夾持器中，擰緊手輪，關(guān)閉所有閥門(mén)。l五、數(shù)據(jù)處理與計(jì)算五、數(shù)據(jù)處理與計(jì)算12221010

13、)(2PPALPQK計(jì)算巖樣的氣體滲透率。按附表：附表： 項(xiàng) 目 符號(hào)1234巖樣進(jìn)口壓力(表) kg/cm2 P11巖樣進(jìn)口壓力(絕) kg/cm2 P1 巖樣出口壓力(表) kg/cm2 P21 巖樣出口壓力(絕) kg/cm2 P2 氣體流量(測(cè)) cm3/s Q 氣體流量(校) cm3/s Q0 巖樣長(zhǎng)度 cm 巖樣直徑 cm 橫截面積 cm2大氣壓力 mmHg 試驗(yàn)溫度 氣體粘度 mPa.s 氣體滲透率測(cè)定原始記錄表l一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?1.加深了解碳酸鹽含量的概念和意義。 2.掌握測(cè)定碳酸鹽含量的簡(jiǎn)單原理和方法。l二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理 在一定的容器中，用一定量的樣品與稀鹽

14、酸反應(yīng)，反應(yīng)后產(chǎn)生CO2氣體，容器內(nèi)的壓力增加，根據(jù)容器的體積和CO2氣體產(chǎn)生的壓力，用一定的公式就可計(jì)算出樣品中所含的碳酸鹽含量。 根據(jù)這一原理，將要測(cè)定的樣品預(yù)先研磨成粉末并烘干，用設(shè)計(jì)好的樣品傘稱取一定量的樣品，然后置于反應(yīng)杯中反應(yīng)產(chǎn)生CO2氣體，用壓力傳感器顯示出壓力，根據(jù)壓力和事先標(biāo)定好的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體積，按公式求出碳酸鹽含量。 l三、儀器設(shè)備三、儀器設(shè)備 儀器設(shè)備主要由夾持器、反應(yīng)罐、樣品傘、壓力傳感器等組成，如下圖所示。 GMYII型碳酸鹽含量測(cè)定儀1電源開(kāi)關(guān) 2放空閥 3壓力顯示 4夾持器 5反應(yīng)罐 6樣品傘l四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟1.用樣品傘稱取0.1克純碳酸鈣，并用一定量的丙

15、酮潤(rùn)濕樣品。2.將樣品傘安放于反應(yīng)室蓋上方，用頂桿頂住。3.量取15ml稀鹽酸倒進(jìn)反應(yīng)杯內(nèi)，并將反應(yīng)杯置于夾持器中，轉(zhuǎn)動(dòng)T形轉(zhuǎn)柄使之密封。4.關(guān)閉放空閥，拉動(dòng)頂桿使樣品傘掉進(jìn)反應(yīng)室中，使純碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)。5.當(dāng)壓力穩(wěn)定后，記錄壓力P、溫度t。6.打開(kāi)放空閥，使壓力指示“0”刻度時(shí)，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)T形轉(zhuǎn)柄取出反應(yīng)杯，用清水沖洗反應(yīng)杯與樣品傘。7.分別稱取0.2、0.3、0.35、0.4克純碳酸鈣，按上述步驟16測(cè)量反應(yīng)后的壓力，并記錄在數(shù)據(jù)表中。8.用樣品傘稱取一定量的巖樣粉末，按上述步驟16測(cè)量反應(yīng)后的壓力并記錄。l五、數(shù)據(jù)處理與計(jì)算五、數(shù)據(jù)處理與計(jì)算 100PWRTV1.按公式 計(jì)算純碳酸鈣的標(biāo)準(zhǔn)體V。 2.根據(jù)記錄的一系列壓力P和計(jì)算出的不同標(biāo)準(zhǔn)體積V，繪制PV曲線。3.由巖樣與鹽酸反應(yīng)后測(cè)得的壓力P，在PV曲線上查得巖樣的標(biāo)準(zhǔn) 體積V。4.根據(jù)測(cè)得的巖樣壓力P和查得巖樣的標(biāo)準(zhǔn)體積V按公式 %100ARTVP計(jì)算巖樣的碳酸鹽含量。l六.公式推導(dǎo)CaCO3+2HCl=H2O+CaCl2+CO2100 44W G根據(jù)狀態(tài)方程：nRTPV因?yàn)槟枖?shù)MGn MGRTPV RTVPMG所以RTVPW4444100RTVPW100(M=44 CO2的分子量)則碳酸鹽的含量以重量百分?jǐn)?shù)表示為：100100ARTVPAWl