GB/T 29171-2023 岩石毛管压力曲线的测定

　　ICS 75 . 020 CCS E 12

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 29171—2023代替 GB/T29171—2012

　　岩石毛管压力曲线的测定

　　RoCK Capillary pressure measurement

　　2023-09-07 发布 2024-01-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 29171—2023

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 压汞法 1

　　4. 1 原理 1

　　4. 2 测量仪器 2

　　4. 3 试验步骤 3

　　4. 4 试验数据处理 4

　　4. 5 压汞法毛管压力曲线测定方法的特点和局限性 7

　　5 离心机法 7

　　5 . 1 原理 7

　　5 . 2 测量仪器 7

　　5 . 3 试验步骤 8

　　5 . 4 试验数据处理 10

　　5 . 5 离心机法毛管压力曲线测定方法的特点和局限性 11

　　6 半渗透隔板法 11

　　6 . 1 原理 11

　　6 . 2 测量仪器 11

　　6 . 3 试验步骤 12

　　6 . 4 试验数据处理 14

　　6 . 5 半渗透隔板法毛管压力曲线测定方法的特点和局限性 14

　　7 数据修约 15

　　8 报告内容及格式 15

　　附录 A (资料性) 压汞法毛管压力曲线计算岩石孔隙结构特征参数 16

　　A. 1 喉道半径平均值 16

　　A. 2 孔隙半径平均值 16

　　A. 3 孔喉比平均值(η) 16

　　A. 4 孔喉半径平均值 16

　　A. 5 单个喉道对渗透率的贡献率 16

　　A. 6 分选系数(sp ) 17

　　A. 7 歪度(skp ) 17

　　A. 8 峰态(Kp ) 17

　　A. 9 均质系数(α) 17

　　A. 10 结构系数(φ p ) 18

　　A. 11 总孔隙进汞饱和度(sb ) 18

　　I

　　GB/T 29171—2023

　　A. 12 总喉道进汞饱和度(s t ) 18

　　A. 13 最终进汞饱和度(s f ) 18

　　附录 B (资料性) 恒压压汞法岩石毛管压力曲线测定结果报告格式 19

　　附录 C (资料性) 恒速压汞法岩石毛管压力曲线测定结果报告格式 21

　　附录 D (资料性) 离心机法岩石毛管压力曲线测定结果报告格式 24

　　附录 E (资料性) 隔板法岩石毛管压力曲线测定结果报告格式 26

　　Ⅱ

　　GB/T 29171—2023

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　本文件代替 GB/T 29171—2012《岩石毛管压力曲线的测定》。与 GB/T 29171—2012 相比 , 除结构调整和编辑性改动外 , 主要技术变化如下:

　　a) 增加了恒速压汞法测定毛管压力曲线方法(见第 4 章) ;

　　b) 增加了离心机法岩心入口端含水饱和度计算方法(见 5 . 4 . 2) ;

　　c) 增加了压汞法 、离心机法 、半渗透隔板法毛管压力测定方法的特点和局限性分析(见 4 . 5 、5 . 5 、 6 . 5) ;

　　d) 增加了岩石结构参数的数据修约(见第 7 章) 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由全国石油天然气标准化技术委员会(SAC/TC355)提出并归口 。

　　本文件起草单位:中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院 、大庆油田有限责任公司勘探开发研究院 、中海油能源发展股份有限公司工程技术公司 、中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司勘探开发研究院 。

　　本文件主要起草人:张祖波 、吕伟峰 、陈序 、王新江 、张可 、高建 、孙灵辉 、崔焕奇 、唐磊 、洪鑫 、孙志刚 、李奋 、张红欣 。

　　本文件于 2012 年首次发布 , 本次为第一次修订 。

　　Ⅲ

　　GB/T 29171—2023

　　岩石毛管压力曲线的测定

　　1 范围

　　本文件描述了岩石毛管压力曲线测定的原理 , 规定了三种岩石毛管压力曲线试验步骤与技术要求 、试验数据处理方法及测量仪器的技术指标 , 给出了各种毛管压力曲线测定方法的特点和局限性 。

　　本文件适用于胶结岩心的恒压压汞法 、岩心空气渗透率不小于 0 . 1 mD 的恒速压汞法和半渗透隔板法 , 以及岩心空气渗透率不小于 5 mD 的离心机法毛管压力曲线的测定 , 其他岩心参照执行 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 , 仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件 , 其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T 18216 . 4 交流 1 000 v 和直流 1 500 v及以下低压配电系统电气安全 防护措施的试验 、测量或监控设备 第 4 部分:接地电阻和等电位接地电阻

　　GB/T 29172 岩心分析方法

　　SY/T 6014 石油地质实验室安全规程

　　3 术语和定义

　　本文件没有需要界定的术语和定义 。

　　4 压汞法

　　4 . 1 原理

　　汞对绝大多数岩石都是非润湿相 , 如果对汞施加的压力大于或等于孔隙喉道的毛管压力时 , 汞就克服毛管阻力进入孔隙 。根据进汞的孔隙体积百分数和对应的毛管压力 , 就能得到毛管压力与样品含汞饱和度的关系曲线 , 称之为压汞法毛管压力曲线 。

　　由于汞的表面张力和润湿接触角比较稳定 , 常用压汞仪测得的毛管压力曲线换算孔喉大小及分布 。假设岩石孔隙系统是由粗细不同的圆柱形毛管束构成 , 则毛管压力与孔喉半径间的关系如公式(1) 。

　　PC … … … … … … … … … … ( 1 )

　　式中:

　　PC— 毛管压力(绝对压力)的数值 , 单位为兆帕(Mpa) ;

　　σ — 汞的表面张力的数值 , 单位为牛每米(N/m) ;

　　。

　　θ — 汞的润湿接触角的数值 , 单位为度( ) ;

　　r C — 孔隙半径的数值 , 单位为微米(μm) 。

　　在实验室常温条件下 , σ=0 . 48 N/m , θ=140。, 则有公式(2) :

　　1

　　GB/T 29171—2023

　　Pc … … … … … … … … … … ( 2 )

　　式中:

　　Pc — 毛管压力(绝对压力)的数值 , 汞相对空气为非润湿相 , 非润湿相驱替润湿相的毛管压力规定为正值 , 故公式(2)计算值的负号去掉 , 单位为兆帕(Mpa) ;

　　rc — 孔隙半径的数值 , 单位为微米(μm) 。

　　根据公式(2)能够将毛管压力曲线换算为孔喉大小及分布曲线 。

　　压汞法测定毛管压力曲线分为两种方法:恒压压汞法和恒速压汞法 。

　　恒压压汞法是以一系列恒定压力将汞注入到岩石的孔隙和喉道中 , 进而得到不同压力下对应的各级孔喉所控制的进汞体积 , 它反映了岩石孔隙和喉道的总体积 。汞的注入压力相当于岩石的毛管压力 ,用相应的进汞体积计算出岩石的进汞饱和度 。

　　恒速压汞法是以极低且恒定的速度将汞注入岩心 , 进汞过程中每个孔隙和喉道形状的变化 , 都会引起汞弯月面形状的波动 , 改变弯液面的曲率半径 。 由于毛管压力与汞弯液面的曲率半径成反比 , 所以汞弯液面的曲率半径的改变就反映了毛管压力的改变 。汞进入岩石孔隙的过程受喉道控制 , 依次由一个喉道进入下一个喉道 , 当汞突破喉道的限制进入孔隙的瞬间 , 汞在孔隙空间内以极快的速度发生重新分布 , 产生一个压力降 , 之后压力回升 , 直至把整个孔隙填满 , 然后进入下一个喉道 。根据汞经过较窄的喉道和较大的孔隙时的压力升降 , 将这条波动的压力曲线经过数学方法处理得到总毛管压力曲线 、喉道毛管压力曲线和孔隙毛管压力曲线 。 图 1 展示了恒速压汞法进汞过程的压力升降变化 。 当汞前缘进入喉道时 , 压力逐渐上升 , 突破后 , 压力突然下降 , 产生第一级压力降落 , 之后汞逐渐将这第一个孔隙空间填满并进入下一级喉道 , 产生第二级压力降落 , 以下渐次将全部级次喉道所控制的孔隙填满 。 喉道半径由突破点的压力确定 , 孔隙体积的大小由进汞体积确定 , 因此通过进汞压力的升降变化曲线能够确定出岩石的孔隙结构 。

　　a) 岩心进汞过程 b) 进汞过程压力升降标引序号说明 :

　　1 —a、b 、c 、d表示样品孔隙 ;

　　2 — 样品颗粒 ;

　　3 — 样品喉道 。

　　图 1 恒速压汞法进汞过程压力升降示意图

　　4 . 2 测量仪器

　　4 . 2 . 1 恒压压汞仪:压力传感器精度不低于 ±0 . 25% FS, 仪器体积分辨率不大于 0. 01 mL, 真空度数值不大于 133 . 4 pa , 流程示意图见图 2 。

　　4 . 2 . 2 恒速压汞仪:压力传感器范围 0 Mpa~10 Mpa , 压力传感器精度不低于 ±0 . 05% FS, 注入速度0. 000 05 mL/min~1 . 0 mL/min , 系统真空度数值不大于 133 . 4 pa , 流程示意图见图 2 。仪器应有接地

　　2

　　GB/T 29171—2023

　　线 , 接地电阻应小于 2 Ω , 应符合 GB/T 18216 . 4 的规定 , 应配有不间断电源 。

　　标引序号说明 :

　　1 — 样品 ;

　　2 — 岩心室 ;

　　3 — 驱替泵 ;

　　4 — 压力传感器 ;

　　5 — 计算机 ;

　　6 — 真空泵 ;

　　7 — 阀门 ;

　　8 — 汞 。

　　图 2 压汞仪流程示意图

　　4 . 3 试验步骤

　　警示 — 本试验所用材料涉及汞 , 使用者有责任采取适当的安全和健康措施 , 并保证符合国家有关法规规定的条件 。

　　4 . 3 . 1 样品

　　4 . 3 . 1 . 1 恒压压汞样品宜使用直径 2 . 5 cm 或 3 . 8 cm 的圆柱体 、长度不大于 2 . 5 cm , 若无法获取圆柱体样品也可使用不规则的块状体 。孔隙体积应不大于压汞仪最大进汞体积的 80% 。

　　4 . 3 . 1 . 2 恒速压汞样品宜使用圆柱体薄片 、立方体 , 若无法获取规则样品也可使用块状体 。孔隙体积范围在 0. 080 cm3 ~0 . 400 cm3 , 样品表面应光滑 。

　　4 . 3 . 1 . 3 测量前样品应经过洗油 、洗盐和烘干 , 应预先测得孔隙体积 、孔隙度 、空气渗透率 , 具体要求按照GB/T29172 的规定执行 。对无法测量空气渗透率的不规则块状样品应通过平行样得到空气渗透率 。

　　4 . 3 . 2 汞的处理

　　4 . 3 . 2 . 1 汞的储存与保管应符合 SY/T 6014 的规定 。

　　4 . 3 . 2 . 2 试验后废弃的含汞岩心应密封保存 , 处理按照 SY/T 6014 的规定执行 。

　　4 . 3 . 3 试验步骤

　　4 . 3 . 3 . 1 恒压压汞仪试验步骤

　　4 . 3 . 3 . 1 . 1 打开压汞仪 、计算机 、真空泵电源开关 , 按照仪器的要求进行预热 。

　　3

　　GB/T 29171—2023

　　4 . 3 . 3 . 1 . 2 使用前 , 确保汞液中无机械杂质和氧化膜 , 若汞表面有杂质应用酒精或丙酮对岩心室的汞进行清洗 。

　　4 . 3 . 3 . 1 . 3 将已知质量和孔隙体积的烘干样品装入岩心室中 。如果使用膨胀计进行计量的压汞仪 , 则首先选择适当的膨胀计 , 注入汞体积应在膨胀计体积的 25%~75% , 50%左右为最佳值 , 然后将被检测样品装入膨胀计 , 密封紧固 , 对装入样品的膨胀计进行称量 , 最后将装有样品的膨胀计装进岩心室 。

　　4 . 3 . 3 . 1 . 4 开启真空泵开始对样品抽真空 , 直至达到要求的真空度 。

　　4 . 3 . 3 . 1 . 5 用驱替泵按设定的测定压力点逐级由低压升到高压进行进汞毛管压力曲线测定 , 再由高压降到低压进行退汞毛管压力曲线测定 。

　　4 . 3 . 3 . 1 . 6 在设定的各恒定压力下的毛管压力达到平衡后 , 记录压力值及对应进汞体积 。

　　4 . 3 . 3 . 1 . 7 试验结束后 , 从岩心室/膨胀计中小心谨慎地取出样品 。若有汞散落应及时处理干净 , 以免污染环境 , 将试验后的样品及时装入岩心桶中并密封 。

　　4 . 3 . 3 . 1 . 8 仪器应定期做空白样品校准 , 应每年至少校准 1 次 , 测量空白体积数据稳定 , 其平行试验的最大变化值应小于平均值的 20% 。

　　4 . 3 . 3 . 2 恒速压汞仪试验步骤

　　4 . 3 . 3 . 2 . 1 打开计算机 , 启动恒速压汞仪控制程序 。

　　4 . 3 . 3 . 2 . 2 打开岩心室 , 确保汞液中无机械杂质和氧化膜 , 若汞表面有杂质应用酒精或丙酮对岩心室的汞进行清洗 。汞表面距岩心室上端面 3 mm~5 mm , 在确保足够汞量的同时 , 也宜避免盖上岩心室上盖时汞溢出 。

　　4 . 3 . 3 . 2 . 3 安装被检测的样品 , 密封样品室 。

　　4 . 3 . 3 . 2 . 4 开启温度控制开关 , 设定恒温箱温度(20 ℃ ~30 ℃) , 直至恒温箱温度稳定 。设置温度应大于试验测定期间内设备外环境的最高温度 , 避免温度对计量的影响 。

　　4 . 3 . 3 . 2 . 5 打开真空泵电源开关 , 开始对样品抽真空 , 直至达到要求的真空度 。

　　4 . 3 . 3 . 2 . 6 输入样品物性参数 , 设定进汞速度 、数据采集时间间隔 , 采集时间间隔通常选择 1 s~4 s , 推荐 2 s采集 1 次 。

　　4 . 3 . 3 . 2 . 7 启动自动检测程序进行样品测定 , 直到测定完成 。

　　4 . 3 . 3 . 2 . 8 打开岩心室 , 取出已测定样品 , 清理岩心室 。

　　4 . 3 . 3 . 2 . 9 仪器应定期在常用的试验温度下做空白样品测定 。用 0. 000 1 mL/min 和 0. 000 05 mL/min的速度 , 测量制造厂商提供的不锈钢块和圆柱薄片来校准仪器空白 , 并保留仪器空白测量的数据文件 。应每年至少校准 1 次 , 若更换岩心室密封圈 、压力传感器等部件 , 应再次校准仪器空白体积 。

　　4 . 3 . 3 . 3 测定压力点的数目

　　测定压力点应有足够多的数目使毛管压力曲线光滑 , 特别是进汞的初始阶段 , 以便于判断初始拐点 , 确定阈压和麻皮效应 。

　　4 . 3 . 3 . 4 测定点的平衡时间

　　恒压压汞仪 , 所设定的平衡时间应不少于 30 s(做标准样品例外);空气渗透率小于 1 mD 的样品 ,平衡时间应加长 。

　　4 . 4 试验数据处理

　　4 . 4 . 1 汞饱和度的计算

　　汞饱和度按照公式(3) 、公式(4)计算:

　　4

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　　ΔSHg … … … … … … ( 3 )

　　SHg = Σ ΔSHg … … … … … … … … … … ( 4 )

　　若(vi+1 —vi )≤(vk i+1 —vki ),则令 ΔSHg =0 。

　　式中 :

　　ΔSHg — 汞饱和度增量的数值 ;

　　vi+1 — 压力 pi+1 时进汞量的数值,单位为毫升(mL) ;

　　vi — 压力 pi 时进汞量的数值,单位为毫升(mL) ;

　　v ki+1 — 压力为 pi+1 时,空白试验体积测量值的数值, 单位为毫升(mL) ;

　　vki — 压力为 pi 时,空白试验体积测量值的数值, 单位为毫升(mL) ;

　　β — 仪器的体积常数,即压汞仪单位测量值所代表的体积变化 ;

　　vp — 样品的孔隙体积的数值,单位为立方厘米(cm3 ) ;

　　SHg — 累积汞饱和度的数值 。

　　4 . 4 . 2 毛管压力曲线

　　以毛管压力的对数为纵坐标,累计汞饱和度为横坐标,在半对数坐标图上绘制毛管压力与汞饱和度的关系曲线 。饱和度从右到左由 0%到 100% 。

　　4 . 4 . 3 孔喉分布直方图

　　将孔隙喉道大小按一定的间隔划分成若干间隔,从毛管压力曲线上对应这些间隔的毛管压力值获得相应的汞饱和度,每一个间隔的汞饱和度差值,就是该间隔孔喉体积占总孔隙体积的百分数,也称为频率 。 以孔喉半径作为横坐标,分布频率为纵坐标,绘制孔喉半径与对应的孔喉分布频率直方图 。

　　4 . 4 . 4 毛管压力曲线特征参数

　　4 . 4 . 4 . 1 排驱压力(Pd )

　　非润湿相开始连续进入样品最大喉道时所对应的毛管压力,也称阈压 。在半对数坐标中在毛管压力曲线平坦部分做切线,切线与纵坐标轴相交的压力点即为排驱压力,见图 3 a) 。如果毛管压力曲线没有明显的平坦部分,求取每个点的曲率,最大曲率点对应的横坐标值即为排驱压力 。

　　4 . 4 . 4 . 2 最大连通孔喉半径(r max )

　　与排驱压力相对应的孔隙喉道半径即为最大连通孔隙喉道半径,简称最大连通孔喉半径,见图 3 a) 。

　　4 . 4 . 4 . 3 饱和度中值压力(P50 )

　　进汞饱和度为 50%时所对应的毛管压力,见图 3 b) 。

　　4 . 4 . 4 . 4 中值半径(r50 )

　　与饱和度中值压力相对应的孔喉半径即为饱和度中值孔喉半径,简称中值半径,见图 3 b) 。

　　4 . 4 . 4 . 5 最大进汞饱和度(Smax )

　　最高试验压力时的进汞饱和度值,见图 3 b) 。

　　4 . 4 . 4 . 6 残余汞饱和度(SHgr )

　　退汞试验时,当压力由最高试验压力退到起始压力或当地大气压时在样品中残留的汞饱和度 。

　　5

　　GB/T 29171—2023

　　4 . 4 . 4 . 7 退汞效率(we )

　　退汞试验时,退汞效率按照公式(5)计算 。

　　we … … … … … … … … … … ( 5 )

　　式中 :

　　we — 退汞效率的数值 ;

　　Smax — 最大进汞饱和度的数值,% ;

　　SHgr — 残余汞饱和度的数值,% 。

　　4 . 4 . 4 . 8 其他特征参数

　　关于描述岩石孔隙结构的其他特征参数见附录 A。

　　a) 未校正的毛管压力曲线 b) 麻皮效应校正后的毛管压力曲线标引序号说明 :

　　PC — 毛管压力,单位为兆帕(Mpa) ;

　　Pd — 排驱压力,单位为兆帕(Mpa) ;

　　SHg — 汞饱和度 ;

　　r C — 孔喉半径,单位为微米(μm) ;

　　M — 汞饱和度为 50%时平行纵坐标与毛管压力曲线的交点 ;

　　A — 阈压平行横坐标与毛管压力曲线的交点 。

　　图 3 岩石毛管压力曲线特征参数示意图

　　4 . 4 . 5 麻皮效应的校正

　　在做压汞试验的最初进汞阶段中,进汞量的增加是由于非润湿相汞在样品粗糙表面的坑凹处的贴合而引起的虚假侵入体积 。 随着压力的逐渐增大,坑凹被汞占满,此时汞并没有真正进入孔喉系统,进汞压力也没有达到排驱压力 。但在仪器进汞量中,如将这一部分的坑凹体积累计到总孔喉系统的进汞量中,会造成进汞饱和度数值偏大,这一现象称为麻皮效应 。麻皮效应所产生的进汞饱和度应进行校

　　6

　　GB/T 29171—2023

　　正 , 即在总进汞饱和度中减去麻皮效应对应的进汞饱和度 , 再进行毛管压力曲线特征参数的求取和计算 。确定麻皮效应的方法:确定排驱压力 , 过排驱压力点 , 作 x 轴的平行线[见图 3 a)] 。该平行线与毛管压力曲线相交点 A所对应的汞饱和度即为麻皮效应值 。

　　4 . 4 . 6 恒速压汞法测定样品数据校正

　　4 . 4 . 6 . 1 启动数据分析软件 , 输入需要处理的数据文件 , 检查核对岩石样品的孔隙体积 、孔隙度 、空气渗透率等基本参数 。

　　4 . 4 . 6 . 2 在分析软件中输入滤波数值 , 分析并分解出该检测样品变化的波形 。

　　注 : 滤波数值是由仪器空白校正曲线中压力波形变化的振幅大小来确定的 , 一般情况下 , 滤波数值的下限临界值是上限临界值的 2 倍 。

　　4 . 4 . 6 . 3 在分析软件中输入校准文件先扣除仪器空白对测量数据的影响 , 再进行样品麻皮效应校正 。

　　4 . 5 压汞法毛管压力曲线测定方法的特点和局限性

　　4 . 5 . 1 特点

　　由于汞的表面张力和润湿接触角比较稳定 , 测得的毛管压力曲线能够换算孔隙大小及分布 , 在分析岩石孔隙结构中非常有用 。恒压压汞法测量周期短 、快速和计量准确 。 由于能够施加较高的压力 , 因而适用于不同渗透率的样品 , 特别是致密样品 。恒速压汞法能够将总毛管压力曲线分解成喉道毛管压力曲线和孔隙毛管压力曲线 , 给出岩石孔隙和喉道及孔喉比的信息 , 更好地表征岩石孔隙和喉道大小分布 , 便于精细和定量描述出储层岩石的孔隙结构 。

　　4 . 5 . 2 局限性

　　样品不能重复使用 。汞对人体有害 , 试验设备和实验室需要特别防护 。 由于汞的润湿性与实际油田的油-水/气-液系统的润湿性不同 , 需将实验室数据换算成油藏条件下油-水/气-液系统的毛管压力曲线 。恒速压汞法试验周期长 , 最大进汞压力较低 , 不能较好的适用于致密岩心 。

　　5 离心机法

　　5 . 1 原理

　　将饱和润湿(非润湿)相流体的样品 , 装入充满非润湿(润湿)相流体的离心机样盒中 , 使其在一系列选定的角速度下旋转 。作匀速旋转运动的样品受离心力的作用 , 其离心力的大小与旋转速度 、样品距离心轴的距离及其质量有关 。在旋转速度 、距离心轴的距离一定的条件下 , 由于样品内外流体密度不同 ,使得两种流体所受的离心力不同 , 即在两相界面上产生离心压力差 , 借助两相流体的离心压力差 , 克服样品的毛管压力 , 使非润湿(润湿)相流体进入样品 , 排驱出其中的润湿(非润湿)相流体 。离心机的转速越高 , 则两相流体的离心压力差越大 , 随着离心机转速的增大孔隙中润湿(非润湿)相流体不断被排驱出来 。测量一系列稳定转速下润湿(非润湿)相流体的累积排出体积 , 即能够获得样品的离心机法毛管压力曲线 。

　　5 . 2 测量仪器

　　离心机: 岩 心 分 析 专 用 高 速 离 心 机 , 转 速 等 于 或 低 于 1 500 r/min 时 的 转 速 波 动 范 围 不 超 过±5% , 转速高于 1 500 r/min 时的转速波动范围不超过 ±2% , 离心机计量装置的体积分辨率不低于0. 05 mL。 以油水毛管压力为例 , 样品盒和离心转盘示意图见图 4 和图 5 。

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　　GB/T 29171—2023

　　a) 油驱水 b) 水驱油标引序号说明 :

　　1 — 排气孔 ;

　　2 — 密封圈 ;

　　3 — 衬套 ;

　　4 — 多孔挡板 ;

　　5 — 计量管 ;

　　6 — 离心轴 。

　　图 4 样品盒结构示意图

　　a) 油驱水

　　b) 水驱油

　　图 5 离心转盘示意图

　　5 . 3 试验步骤

　　5 . 3 . 1 样品的准备

　　5 . 3 . 1 . 1 钻取直径 2 . 5 cm 或 3 . 8 cm 、长度小于样品盒最大长度的柱状样品 。

　　5 . 3 . 1 . 2 样品清洗干净 、烘干至恒重,并测量其几何尺寸 、孔隙度和空气渗透率 。

　　5 . 3 . 2 油 、水样的配制

　　应按用户的要求选择或配制油 、水样,同时测定试验温度下油 、水样的密度 。若无原油资料,应选用白油或用白土脱附后的中性煤油作试验油样,水样应按地层水分析资料人工配制 。若无地层水资料时,

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　　GB/T 29171—2023

　　应用标准盐水代替 , 其配方为:

　　Nacl : cacl2 : Mgcl2 ● 6H2 O=7 : 0 . 6 : 0 . 4

　　5 . 3 . 3 样品饱和地层水

　　5 . 3 . 3 . 1 烘干的样品称量后置于密封容器中抽真空 , 在真空度达到 133 . 4 pa 的条件下 , 将样品饱和试验用水。 试验用水应在饱和样品前进行抽空脱气。

　　5 . 3 . 3 . 2 样品在试验用水中至少静置 24 h , 取出饱和的湿样品 , 用润湿的滤纸吸去样品表面水分后称其质量 , 按照公式(6)计算出样品饱和地层水体积。

　　v Wi … … … … … … … … … … ( 6 )

　　式中:

　　vWi — 样品饱和地层水体积的数值 , 单位为立方厘米(cm3 ) ;

　　m 2 — 饱和地层水样品质量的数值 , 单位为克(g) ;

　　m 1 — 干样品质量的数值 , 单位为克(g) ;

　　PW — 饱和地层水的密度的数值 , 单位为克每立方厘米(g/cm3 ) 。

　　5 . 3 . 4 油驱水试验

　　5 . 3 . 4 . 1 在油驱水样品盒内充满试验用油 , 并将饱和地层水的样品放入样品盒中密封。 样品盒按照所使用仪器的配重精度进行配重平衡 , 将样品盒装入离心盘 , 上机待运转。

　　5 . 3 . 4 . 2 在设定的试验温度下由低速逐渐向高速运转。 在各恒定转速下 , 记录离心机的转速及在该转速下样品累计排出液的体积 , 每 10 min记录一次 , 直至两次记录的样品累计排出水量不变为止 , 即完成一个测量点。

　　5 . 3 . 4 . 3 提高离心机转速 , 直至从样品中排出的水量不随转速变化时结束试验 , 此时的含水饱和度即为束缚水饱和度。 测得完整的曲线不少于 10 个测量点。

　　5 . 3 . 5 水驱油试验

　　5 . 3 . 5 . 1 在水驱油样品盒内充满试验用水 , 并将已经完成油驱水过程的样品放入样品盒中密封 , 此时样品为束缚水状态。 样品盒按照所使用仪器的配重精度进行配重平衡 , 将样品盒装入离心盘 , 上机待运转。

　　5 . 3 . 5 . 2 按照 5 . 3 . 4. 2 、5 . 3 . 4. 3 的要求操作 , 所不同的是从样品中驱出的流体不是水而是油。

　　5 . 3 . 6 二次油驱水试验

　　当要求用毛管压力数据 , 根据美国矿务局(USBM)法判断样品润湿性时 , 应将做完水驱油的样品再次装入油驱水的样品盒内 , 重复 5 . 3 . 4 的试验步骤 , 最终得到 3 条毛管压力曲线 , 根据 USBM 法计算样品的润湿指数 , 判断样品的润湿性。

　　5 . 3 . 7 计量管标定

　　计量管应每年进行一次标定 , 即标出读数刻度屏上单位刻度代表的实际流体体积 , 算出样品盒系数。

　　5 . 3 . 8 注意事项

　　5 . 3 . 8 . 1 应控制离心机转速 , 避开离心机转速共振区。

　　5 . 3 . 8 . 2 离心机试验温度变化应控制在 ±2 ℃ 。

　　9

　　GB/T 29171—2023

　　5 . 3 . 8 . 3 应将空气渗透率相近的岩心放在同一离心盘中进行试验 。

　　5 . 3 . 8 . 4 装载样品和称量时 , 应用湿滤纸快速除去样品表面的浮水或浮油 , 避免样品长时间暴露于空气中 。

　　5 . 4 试验数据处理

　　5 . 4 . 1 毛管压力计算

　　不同转速下两相流体的离心压力差就等于毛管压力 , 样品入口端的毛管压力按公式(7)计算:

　　Pci = 1 . 097 × 10—9 ΔpL n2 … … … … … … … … … …

　　式中:

　　Pci — 样品入口端驱替毛管压力的数值 , 单位为兆帕(Mpa) ;

　　Δp— 两相流体密度差的数值 , 单位为克每立方厘米(g/cm3 ) ;

　　L — 样品长度的数值 , 单位为厘米(cm) ;

　　Re — 样品的外旋转半径的数值 , 单位为厘米(cm) ;

　　n — 离心机转速的数值 , 单位为转每分钟(r/min) 。

　　5 . 4 . 2 饱和度计算

　　油驱水过程样品平均含水饱和度按公式(8)计算:

　　… … … … … … … … … … ( 8 )

　　式 中 :

　　SW — 平均含水饱和度的数值 ;

　　v Wi — 样品饱和地层水体积的数值 , 单位为立方厘米(cm3 ) ;

　　v W — 在某离心机转速下 , 样品累积排出的地层水体积的数值 , 单位为立方厘米(cm3 ) 。

　　水驱油过程样品平均含水饱和度按公式(9)计算:

　　W =SWi … … … … … … … … … … ( 9 )

　　式中:

　　SWi — 样品束缚水饱和度的数值 , 等于油驱水最后一个点的饱和度 ;

　　vo — 在某离心机转速下 , 样品累积排出的油体积的数值 , 单位为立方厘米(cm3 ) 。

　　岩心入口端含水饱和度按公式(10)计算:

　　SW … … … … … … … … … … ( 10 )

　　其中: A

　　式中:

　　SW1 — 样品入口端含水饱和度的数值 ;

　　SW — 平均含水饱和度的数值 ;

　　Pci — 样品入口端驱替毛管压力的数值 , 单位为兆帕(Mpa) ;

　　Re — 样品的外旋转半径的数值 , 单位为厘米(cm) ;

　　L — 样品长度的数值 , 单位为厘米(cm) 。

　　10

　　GB/T 29171—2023

　　5 . 5 离心机法毛管压力曲线测定方法的特点和局限性

　　5 . 5 . 1 特点

　　能够直接测量气液和油水驱替或吸吮过程的毛管压力曲线 。利用水驱油和二次油驱水毛管压力曲线,根据 USBM 法计算润湿指数,判断样品的润湿性 。速度快,一次试验能够同时测量多块样品 。

　　5 . 5 . 2 局限性

　　受转速限制,无法达到较高的离心力,因此不适合低渗透样品 。毛管压力沿岩心长度方向分布不均匀,测得的毛管压力是岩心靠近离心轴端的毛管压力,因此与其对应的饱和度也是岩心靠近离心轴端的饱和度 。饱和度分布不均匀,入口端饱和度计算复杂 。

　　6 半渗透隔板法

　　6 . 1 原理

　　在小于突破压力下,只有润湿相能通过半渗透隔板,将岩心放在隔板上,利用抽真空或加压方法在样品两端建立驱替压差,把润湿相液体从孔隙中驱替出来所需的压力就等于这些孔隙的毛管压力 。驱替过程中毛管压力平衡时记录该压力下样品中相应的润湿相饱和度,用一系列毛管压力和润湿相饱和度值做图就能够得到隔板法毛管压力曲线 。

　　6 . 2 测量仪器

　　6 . 2 . 1 常温常压毛管压力仪:电子天平感量不低于 0. 01 g,压力传感器精度不低于 ±0 . 25% FS。 亲水半渗透隔板,通常按突破压力分为 0. 3 Mpa 和 1 . 5 Mpa两种,最小过水压力为 0. 005 Mpa 。 常温常压毛管压力仪示意图见图 6 。

　　标引序号说明 :

　　1 — 加压容器 ;

　　2 — 半渗透隔板 ;