油层物理实验讲义

1. 油层物理实验讲义 常州大学油气储运实验中心

2. 实验一 岩石孔隙度的测定 • 一、实验目的 1.了解实验室取得胶结岩石孔隙度的方法 2.巩固绝对孔隙度、有效孔隙度、流动孔隙度的概念

3. 二、实验原理 根据玻义尔定律，在恒定温度下，岩心杯一定，放入岩心杯的岩样，其固相(颗粒)体积越小，则岩心杯中剩余的常压空气体积便越大，室内的空气就越容易被压缩，压力也就越低；反之，当放入岩心杯内的岩样固相体积越大，压力也就越高。根据压力的大小就可以测得岩样的固相体积。

4. 三、仪器设备 图1-1 QKY—II型气体孔隙度仪 1—气源阀 2—供气阀 3—调节器 4—压力显示 5—岩心杯 6—样品阀 7—放空阀

5. 仪器由下列部件组成： ①气源阀：供给孔隙度仪调节器低于10kg/cm2的气体，当供气阀关闭时，调 节 器通过常泄，使压力保持恒定。 ②供气阀：连接6kg/cm2的气体到标准室和压力传感器，它是标准室体积的 上游极限。 ③调节器：将10kg/cm2的压力准确地调节到6kg/cm2。 ④压力传感器：测量体系中气体压力，用来指示标准室的压力准确达到 6 kg/cm2， 并指示体系的平衡压力。 ⑤样品阀：能使标准室内6kg/cm2的气体连接到未知室体积上去，它是标准 室体积的下游极限。 ⑥放空阀：使未知体积中的初始压力成0kg/cm2，同时又可以使平衡后的气 体放入大气。 ⑦标准室：己知体积室。

6. 四、实验步骤 1.用游标卡尺测量各个钢圆盘和岩样的直径与长度(为了便于区分，将钢圆盘 从小到大编号为l、2、3、4)，并记录在数据表中。 2.将2号钢圆盘装入样品杯，并把样品杯放入夹持器中，顺时针转动T形转柄一周，使之密封。 3.开气源阀、供气阀，用压力调节器将压力调节至原始压力Pk=588kPa。待压力稳定 后，关闭供气阀、气源阀，并记录下Pk，然后关放空阀。 4.开样品阀，气体膨胀到样品杯(未知室)，压力传感器读数从Pk下降，待压力稳定后，记下此平衡压力P。 5.关样品阀，开放空阀，逆时针转动T形转柄一周，将样品杯向外推出，取出钢圆盘。 6.用同样方法将3号、4号及全部(1号一4号)钢圆盘装入样品杯中，重复步骤1~5，记下平衡压力P。 7.将待测岩样装入样品杯，按上述方法测定装样品后的平衡压力P。 8.将上述数据填入原始记录表(见附表)。

7. 五、数据处理与计算 • 1.按 ，计算各个钢圆盘体积和岩样外表体积。 • 2.绘制标准曲线。以表中钢圆盘体积V为横坐标，压力P为纵坐标绘制曲线，如图1-2所示。 • 3.由装样后测得的平衡压力P，在标准曲线上反查出V，即V颗。 • 4.按 ，计算岩样的孔隙度。 5.符号说明： • P——压力，kPa； V——体积，cm3； • D——直径，cm； L——长度，cm； • V颗——岩样颗粒体积，cm3； • V外——岩样外表体积，cm3； • Φ——孔隙度，％。

8. 图1-2 标准曲线示意图

9. 附表： 孔隙度测定原始记录表

10. 实验二 岩心流体饱和度的测定 • 一、实验目的 • 1.巩固和加深油、水饱和度的概念，了解所测得的是残余油饱和度 • 2.掌握干馏仪测定岩心中油、水饱和度的原理及方法。 • 二、实验原理 • 常压干馏法就是把岩心放入钢制的岩心筒内加热，通过干馏将岩心中的油、水蒸出，再通过冷凝收集于量筒中，读出油、水体积后计算饱和度。

11. 三、仪器设备 干馏仪如图所示。岩样装入一个不锈钢制的岩心筒内，用带丝扣的密封盖盖好。岩心筒装入一个绝缘的管状立式电炉中，岩心筒下端的排液口与冷凝管座靠重力密封连结(接触密封)。冷凝管外面还有几个散热片，冷凝管有循环水流动。岩样加热后，油、水从排液口流出经冷凝管流入下边的量筒内。 1--岩心筒 2--电炉 3--散热片 4--冷凝水 5--出液口 6—温度设置、显示器 7—电源指示灯 8—电源开关 9—进水开关 10—出水开关 图2—1 GLY—Ⅱ型干馏法岩石油、水饱和度测定仪

12. 四、实验步骤 1.精确称重岩样100—175克，并将其放入干净的岩心筒内，上紧上盖。 2.将放入岩样后的岩心筒，放入管状立式电炉中，然后使冷水循环，打开电源开关。 3.把干净的量筒放在仪器出液口的下面，随干馏的进程，计量干馏出来的水量和时间的关系，并绘制如图2—2所示的关系曲线，从其可以确定岩样中的束缚水全部蒸馏出来的时间，即图中曲线第一个台阶所指明的时间(例如10—20分钟)，亦即加热至该时间(例如20分钟)后，就应从量筒中读出岩心中的含水体积，超过该时问的水的读值，其中可能包括矿物的结晶水，后者将会给饱和度的计算带来误差。 4.读出岩样中束缚水的体积后，继续加热20—30分钟，直至量筒中的油的体积不再增后，关上电源开关，关掉循环水，记录量筒中油的体积读值。为了补偿在干馏中因蒸发损失、结焦或裂解所导致的石油体积读值的减少，应通过图2—3所示的石油体积校正曲线对蒸发的石油体积进行校正。校正曲线是事先根据不同类型原油通过干馏试验做出的。 5.从电炉中取出岩心筒，待稍凉一段时间后打开上盖，倒出其中的干岩样称重并记录。

13. 式中So——含油饱和度，％； Sw——含水饱和度，％； Vo——校正后的油量，mL； Vw——干馏出的水量，mL； Φ——岩石孔隙度，％； γy——岩样密度，g/cm3； W1——干馏后岩样的重量，g。 • 五、数据处理与计算

14. 五、数据处理与计算 图2-2 水的校正曲线 图2-3 油的校正曲线

15. 五、数据处理与计算 油水饱和度测定原始记录

16. 实验三 岩心气体渗透率的测定 • 一、实验目的 1.进一步加深渗透率的概念和达西定律的应 用，学会推导气测渗透率的公式。 2.掌握气测渗透率的原理和方法。 • 二、实验原理 渗透率的大小表示多孔介质(岩心)传输流体能力的大小，其单位是μm2(或mD)。粘度为1mPa.s的液体在0.1MPa(1绝对大气压)压力作用下，通过截面积为1cm2、长度为lcm的岩心时，液体的流量为1cm3/s时，其渗透率为1μm2。 气体在多孔介质中流动时，由气体的一维稳定渗流达西定律可得到下面公式：

17. 式中 K——气体渗透率，μm2； A——岩样截面积，cm2； L——岩样长度，cm； μ——气体粘度，mPa.s； Q——绝对大气压时气体流 量，cm3/s； P0——大气压力，mmHg； P1——岩样的进口压力， MPa； P2——岩样的出口压力，MPa； • 二、实验原理

18. 1 真空阀 2－气源阀 3－压力调节器 4－环压阀 5－放空阀 6－上流压力表 7－转子流量计 8－岩心夹持器 9－环压表 • 三、仪器设备 STY－2型气体渗透率测定仪

19. 三、仪器设备 STY一2气体渗透率仪如图所示主要有下列部件： 1.装岩心用的岩心夹持器。 2.环压表。用来指示橡皮筒外部所加的压力值。 3.上流压力表。用来指示岩心的上流压力。 4.压力调节器。用来调节气源进入的气体，并减压，控制岩心上流所需要的操作压力值。 5.放空阀。打开此阀放掉环压，使橡皮筒内的压力达到常压。 6.环压阀。打开此阀，使高压气体进入岩心夹持器与橡皮筒之间的环形空间。使橡皮筒紧贴住岩样，也紧贴住岩心夹持器的上下端塞。 7.气源阀。供给渗透率仪调节器低于10kg/cm2的气体，再通过调节器的调节产生适当的上流压力。 8.干燥器。使进入岩样前的气体进行干燥，然后再进入岩样。 9.流量计。用来计量岩样出口端气体的流量。

20. 四、实验步骤 1.用游标卡尺量出岩样的长度和直径，计算其横截面积A。 2.先检查面板上各个阀门与夹持器上的手轮是否关紧。 3.将岩样装进岩心夹持器的橡皮筒内，用加压钢柱塞将岩样向上顶，直到岩样两端被夹持器上端堵头与加压钢柱塞贴紧为止，拧紧手轮。 4.开、关一下放空阀。 5.打开气源，将气瓶的压力表调到10kg/cm2，开环压阀，使环压表显示10kg/cm2，关环压阀。 6.将气瓶的输出压力调到1.0kg/cm2左右(视岩样渗透性大小而定)，开气源阀，顺时针调节压力调节器(一般压力由小到大调节)，调至所需要的上流压力。 7.选择一流量计，在不同上流压力下读取流量(在满足要求的情况下尽量选用小量程的流量计)。要求每块岩样应测3个点以上不同压差下的流量。 8.逆时针调节压力调节器，使上流压力降至零，开放空阀，使环压降至零，取出岩样。 9.实验结束时，将夹持器中放一岩样，并将加压柱塞推进夹持器中，拧紧手轮，关闭所有阀门。

21. 计算岩样的气体渗透率。 按 附表： 气体渗透率测定原始记录表 • 五、数据处理与计算

22. 实验四 岩石碳酸盐含量的测定 • 一、实验目的 1.加深了解碳酸盐含量的概念和意义。 2.掌握测定碳酸盐含量的简单原理和方法。 • 二、实验原理 在一定的容器中，用一定量的样品与稀盐酸反应，反应后产生CO2气体，容器内的压力增加，根据容器的体积和CO2气体产生的压力，用一定的公式就可计算出样品中所含的碳酸盐含量。 根据这一原理，将要测定的样品预先研磨成粉末并烘干，用设计好的样品伞称取一定量的样品，然后置于反应杯中反应产生CO2气体，用压力传感器显示出压力，根据压力和事先标定好的系统标准体积，按公式求出碳酸盐含量η。

23. 三、仪器设备 仪器设备主要由夹持器、反应罐、样品伞、压力传感器等组成，如下图所示。 GMY—II型碳酸盐含量测定仪 1－电源开关 2－放空阀 3－压力显示 4－夹持器 5－反应罐 6－样品伞

24. 四、实验步骤 1.用样品伞称取0.1克纯碳酸钙，并用一定量的丙酮润湿样品。 2.将样品伞安放于反应室盖上方，用顶杆顶住。 3.量取15ml稀盐酸倒进反应杯内，并将反应杯置于夹持器中，转动T形转柄使之密封。 4.关闭放空阀，拉动顶杆使样品伞掉进反应室中，使纯碳酸钙与盐酸反应。 5.当压力稳定后，记录压力P、温度t。 6.打开放空阀，使压力指示“0”刻度时，逆时针转动T形转柄取出反应杯，用清水冲洗反应杯与样品伞。 7.分别称取0.2、0.3、0.35、0.4克纯碳酸钙，按上述步骤1－6测量反应后的压力，并记录在数据表中。 8.用样品伞称取一定量的岩样粉末，按上述步骤1－6测量反应后的压力并记录。

25. 五、数据处理与计算 1.按公式 计算纯碳酸钙的标准体V。 2.根据记录的一系列压力P和计算出的不同标准体积V，绘制P～V曲线。 3.由岩样与盐酸反应后测得的压力P，在P～V曲线上查得岩样的标准 体积V。 4.根据测得的岩样压力P和查得岩样的标准体积V按公式 计算岩样的碳酸盐含量η。

26. CaCO3+2HCl=H2O+CaCl2+CO2 100 44 • 六.公式推导 W G 根据状态方程： 因为摩尔数 所以 (M=44 CO2的分子量) 则碳酸盐的含量以重量百分数表示为：

27. 式中η——碳酸盐含量，％； R——气体常数＝82.1，atm.mL/(mol.k)； T——绝对温度＝273+t，(t——反应室温度℃) ； A——岩样重量，g； V——标准体积，mL(根据压力在曲线上查得)； G——CO2的重量，g； W——CaCO3的重量，g； P——反应后的平衡压力，绝对压力，atm。 • 六.公式推导 显然，要计算碳酸盐的含量η，只要测定出反应室的压力和系统的标准体积就可以了。 岩石碳酸盐含量测定原始录 试验温度 ℃ 日期： 年 月 日