石油仪器技术油层物理实验仪器下省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

石 油 仪 器 仪 表 主讲：廖明燕E-Mail：中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）09月 第1页第2章 油层物理试验仪器2.1 油层物理知识2.2 岩心前处理设备2.3 常规岩心分析仪器2.4 专题岩心分析仪器2.5 岩心综合联测仪器2.6 地层流体分析仪器 复习思索题 中国石油大学（华东）工业训练中心第2页 中国石油大学（华东）工业训练中心图2.4-1 水平线性稳定渗流示意图 1 1液体渗透率测量原理液体渗透率测量原理 依依据据达达西西定定律律，如如图图2.4-12.4-1所所表表示示，液液流流全全部部流流线线都都是是相相互互平平行行，在在和流动方向垂直每一个截面上全部各点渗流速度平行且相等。和流动方向垂直每一个截面上全部各点渗流速度平行且相等。2.4 专题岩心分析仪器2.4.1 岩心流动性试验仪第3页 中国石油大学（华东）工业训练中心 由式（2.3-26）微分形式达西公式：分离变量并积分，得：或（2.4-1）式中，液测渗透率，10-6m2；pl进口压力，0.1MPa；p2出口压力，0.1MPa；液体粘度，mPa.s；A岩石样品过流断面面积，cm2；L岩石样品长度，cm；Q液体流量，cm3s。2.4 专题岩心分析仪器2.4.1 岩心流动性试验仪第4页 中国石油大学（华东）工业训练中心 液体渗透率试验流程如图液体渗透率试验流程如图2.4-22.4-2所表示。液体渗透率试验习惯上称之所表示。液体渗透率试验习惯上称之为流动性试验。为流动性试验。图2.4-2 流动性试验流程图1储油瓶；2恒速泵；3容器；4过滤器；5压力表；6六通阀；7岩心夹持器；8量筒；9环压泵；10恒温箱2.4 专题岩心分析仪器2.4.1 岩心流动性试验仪第5页 中国石油大学（华东）工业训练中心 该该方方法法近近似似地地模模拟拟了了地地层层中中油油气气运运移移过过程程，且且流流动动过过程程基基本本发发生生在在连连通通孔孔隙隙，利利用用该该方方法法能能够够完完成成一一大大类类专专题题岩岩心心试试验验，能能够够进进行行酸酸敏敏、碱碱敏敏、盐盐敏敏、水水敏敏、速速敏敏、正正反反向向驱驱替替、渗渗透透率率梯梯度度和和系系列列流流体体连续接触试验，也能够用来评价泥浆、完井液对岩心影响等。连续接触试验，也能够用来评价泥浆、完井液对岩心影响等。经经过过流流动动试试验验方方法法（动动态态方方法法）也也能能够够分分析析岩岩石石束束缚缚水水饱饱和和度度，其其原原理理是是在在一一定定压压力力、温温度度和和流流量量条条件件下下，用用油油或或气气体体驱驱替替100100饱饱和和水水岩岩心心，将将从从岩岩心心中中驱驱出出水水搜搜集集起起来来，用用以以计计算算岩岩心心中中束束缚缚水水饱饱和和度度。图图2.4-32.4-3为为由由流流动动试试验验方方法法得得到到岩岩心心含含水水饱饱和和度度和和注注入入孔孔隙隙体体积积倍数关系曲线。倍数关系曲线。2.4 专题岩心分析仪器2.4.1 岩心流动性试验仪第6页 中国石油大学（华东）工业训练中心图2.4-3 含水饱和度与驱替液量关系曲线2.4 专题岩心分析仪器2.4.1 岩心流动性试验仪第7页 中国石油大学（华东）工业训练中心2 2仪器工作原理仪器工作原理 多多功功效效岩岩心心流流动动性性试试验验装装置置，是是利利用用电电子子天天平平称称量量出出渗渗出出岩岩心心液液体体质质量量，用用压压力力传传感感器器测测量量渗渗透透压压力力，经经过过微微机机系系统统定定时时采采样样，实实时时计计算算岩岩心心渗渗透透率率。经经过过模模拟拟油油气气藏藏温温度度，上上覆覆压压力力，地地层层压压力力，流流动动情情况况等等地地层层参参数数，进进行行各各种种驱驱替替试试验验研研究究，为为实实际际生生产产提提供供施施工工指指导导。主主要要能能完完成成试试验验包包含含：基基础础流流动动性性试试验验（梯梯度度试试验验）、油油水相对渗透率试验、岩心敏感性评价试验和采油化学剂评价试验。水相对渗透率试验、岩心敏感性评价试验和采油化学剂评价试验。2.4 专题岩心分析仪器2.4.1 岩心流动性试验仪第8页 中国石油大学（华东）工业训练中心图2.4-4多功效岩心流动性试验流程与装置2.4 专题岩心分析仪器2.4.1 岩心流动性试验仪围压1回压1进液1夹持器1围压2夹持器2进液2回压2阀9阀10阀11阀12第9页 中国石油大学（华东）工业训练中心 3仪器组成仪器组成1）动动力力源源两两台台平平流流泵泵，一一台台流流量量范范围围在在020ml/min，压压力力范范围围020MPa，另另一一台台流流量量范范围围在在010ml/min，压压力力范范围围040MPa，这这么么总总压压力范围将在力范围将在040MPa，总流量范围在，总流量范围在020ml/min。2）储液单元）储液单元三只三只1L容积容器，两只容积容积容器，两只容积200ml小型活塞式中间容器。小型活塞式中间容器。3）试试验验流流程程双双夹夹持持器器可可并并可可串串式式流流程程，能能够够模模拟拟非非均均质质情情况况下下驱驱替替情况及注入情况（双夹持器高渗、低渗并联），也能够双夹持器串联使用。情况及注入情况（双夹持器高渗、低渗并联），也能够双夹持器串联使用。4）岩岩心心夹夹持持器器及及填填砂砂模模型型两两只只2575mm岩岩心心夹夹持持器器，用用来来做做流流动动试试验验，两两只只25500mm填填砂砂管管，用用来来做做填填砂砂试试验验。该该仪仪器器还还配配有有一一只只25500mm梯度夹持器，带梯度夹持器，带3个测压孔，用来做梯度试验。个测压孔，用来做梯度试验。2.4 专题岩心分析仪器2.4.1 岩心流动性试验仪第10页 中国石油大学（华东）工业训练中心 5）温度环境模拟单元）温度环境模拟单元工作温度工作温度0200，控温精度，控温精度1。6）围围压压自自动动控控制制单单元元最最高高压压力力50MPa，泵泵体体容容积积200ml。分分手手动、电动、自动三种运行方式，可实现高、中、低三档速度。动、电动、自动三种运行方式，可实现高、中、低三档速度。7）压力自动控制及计量单元。）压力自动控制及计量单元。8）油水出口计量单元。）油水出口计量单元。9）真空单元。）真空单元。10）数数据据采采集集处处理理控控制制模模块块包包含含计计算算机机、数数据据采采集集单单元元、打打印印机以及数据采集处理与控制软件。机以及数据采集处理与控制软件。2.4 专题岩心分析仪器2.4.1 岩心流动性试验仪第11页 中国石油大学（华东）工业训练中心4主要技术参数主要技术参数系统耐压：系统耐压：50MPa；最高工作压力：最高工作压力：40MPa，压力计量精度，压力计量精度0.25%；工作温度：工作温度：室温室温150；流流 量量 范范 围围：0 20ml/min 流流 量量 精精 度度 1%；天天 平平：量量 程程 400g分分 辨辨 率率 0.001g；岩心尺寸：岩心尺寸：2525500mm。2.4 专题岩心分析仪器2.4.1 岩心流动性试验仪第12页 中国石油大学（华东）工业训练中心 1 1测试原理测试原理 岩心相对渗透率试验分为稳态法和非稳态法两种。岩心相对渗透率试验分为稳态法和非稳态法两种。1 1）岩心油水相对渗透率测定）岩心油水相对渗透率测定 稳稳态态法法是是将将油油、水水按按一一定定流流量量百百分分比比同同时时恒恒速速注注入入岩岩样样，测测定定岩岩样样进进口口、出出口口压压力力及及油油、水水流流量量，由由达达西西定定律律计计算算岩岩样样油油、水水有有效效渗渗透透率率及及相相对对渗渗透透率率值值，并并计计算算对对应应平平均均饱饱和和度度值值。依依据据不不一一样样含含水水饱饱和和度度时油、水相对渗透率值，绘制出岩样油、水相对渗透率曲线。时油、水相对渗透率值，绘制出岩样油、水相对渗透率曲线。非非稳稳态态法法是是以以一一维维水水驱驱油油理理论论，按按照照模模拟拟条条件件要要求求，在在油油藏藏岩岩样样上上进进行行恒恒压压差差或或恒恒速速度度水水驱驱油油试试验验，在在岩岩样样出出口口端端统统计计每每种种流流体体产产量量和和岩岩样样两两端端压压力力差差随随时时间间改改变变，处处理理得得到到油油、水水相相对对渗渗透透率率，并并绘绘制制出出油油、水水相相对对渗渗透透率率与与含含水水饱和度关系曲线。饱和度关系曲线。2.4 专题岩心分析仪器2.4.2 相对渗透率测量仪第13页 中国石油大学（华东）工业训练中心 2 2）岩心油气相对渗透率测定）岩心油气相对渗透率测定 以以一一维维两两相相渗渗流流理理论论和和气气体体状状态态方方程程为为依依据据，利利用用非非稳稳态态恒恒压压法法进进行行注注气气驱驱油油试试验验，统统计计气气驱驱油油过过程程中中岩岩样样出出口口端端各各个个时时刻刻产产油油量量、产产气气量量和和两两端端压压差差，计计算算岩岩样样油油、气气相相对对渗渗透透率率和和对对应应饱饱和和度度，并绘制出油、气相对渗透率曲线。并绘制出油、气相对渗透率曲线。3 3）岩心气水相对渗透率测定）岩心气水相对渗透率测定稳稳态态法法是是将将气气、水水按按一一定定流流量量百百分分比比同同时时恒恒速速注注人人岩岩样样，测测定定进进、出出口口压压力力及及气气、水水流流量量，并并测测定定岩岩样样含含水水质质量量，计计算算气气、水水有有效效渗渗透透率率和和相相对对渗渗透透率率以以及及岩岩样样含含水水饱饱和和度度，绘绘制制出出气气、水水相相对对渗渗透率与岩样含水饱和度关系曲线。透率与岩样含水饱和度关系曲线。2.4 专题岩心分析仪器2.4.2 相对渗透率测量仪第14页 中国石油大学（华东）工业训练中心 非非稳稳态态法法是是以以一一维维两两相相渗渗流流理理论论和和气气体体状状态态方方程程为为依依据据，利利用用非非稳稳态态恒恒压压法法进进行行岩岩样样气气驱驱水水试试验验，统统计计气气驱驱水水过过程程中中岩岩样样出出口口端端各各个个时时刻刻产产气气量量、产产水水量量和和两两端端压压差差等等数数据据，计计算算岩岩样样气气、水水相相对渗透率和对应含水饱和度，绘制出气、水相对渗透率曲线。对渗透率和对应含水饱和度，绘制出气、水相对渗透率曲线。2.4 专题岩心分析仪器2.4.2 相对渗透率测量仪第15页 中国石油大学（华东）工业训练中心 2.试验流程试验流程 试验测试流程如图2.4-6所表示。该装置试验流程设计中，稳态法使用天平循环法流程；非稳态法使用计量管差压法流程。在流程出口设有回压以及冷凝装置，方便在高温试验时使用。低温试验时可绕开该部分。稳态法试验时，为防止走天平吸入管线过长，将天平放至左边柜内，岩心出口也一样接至左边。除去出口部分，试验流程均可耐压40MPa。回压器压力为20MPa（正反方向）。图2.4-6相对渗透率测量试验测试流程2.4 专题岩心分析仪器2.4.2 相对渗透率测量仪第16页 中国石油大学（华东）工业训练中心3.3.仪器组成仪器组成 相对渗透率测量仪器组成如图2.4-5所表示。该仪器能完成采取非稳定流方法测定岩心油水相对渗透率试验，采取稳定流方法测定岩心油水相对渗透率试验和基本流动性试验。该装置配置两只容积1L立式活塞中间容器，用于缓冲泵造成压力波动以及装储无法直接用泵驱替工作液体，如：盐水，原油等。全部中间容器均能耐压40MPa。中间容器活塞用四氟材料制成。相对渗透率测定仪图2.4-5 相对渗透率测量仪器组成2.4 专题岩心分析仪器2.4.2 相对渗透率测量仪第17页 中国石油大学（华东）工业训练中心 1）动动力力源源模模块块该该装装置置将将提提供供两两台台平平流流泵泵作作为为系系统统驱驱替替试试验验动动力力源源，一一台台驱驱油油，一一台台驱驱水水，流流量量范范围围在在010ml/min，压压力力范范围围020MPa。控制软件中有超压停泵功效，以保护传感器。控制软件中有超压停泵功效，以保护传感器。2）岩心夹持器）岩心夹持器该该装装置置配配置置有有一一只只25100mm岩岩心心夹夹持持器器。夹夹持持器器上上堵堵头头设设有有双双入入孔孔和和排排气气孔孔，下下堵堵头头为为可可调调堵堵头头，用用来来调调整整岩岩心心长长度度，调调整整距距离离25mm。3）温度环境模拟系统）温度环境模拟系统主主要要包包含含恒恒温温箱箱和和对对应应控控制制系系统统，工工作作温温度度0150，控控温温精精度度1。试试验验时时，中中间间容容器器、夹夹持持器器将将置置于于恒恒温温箱箱内内以以模模拟拟地地下下高高温温情情况。而其它部分将在恒温箱外。况。而其它部分将在恒温箱外。4）围压系统）围压系统使用手动计量泵给夹持器提供环压，最高压力为使用手动计量泵给夹持器提供环压，最高压力为50MPa。2.4 专题岩心分析仪器2.4.2 相对渗透率测量仪第18页 中国石油大学（华东）工业训练中心 3主要技术参数主要技术参数系统耐压：40MPa；最高工作压力：40MPa，精度0.25%；工作温度：室温150；恒温箱加热功率：3500W，控温精度：1；流量范围：010ml/min，精度1%；天平：量程400g，分辨率0.001g；量程g，分辨率0.01g；岩心尺寸：25100mm；围压泵：最高压力50MPa，泵体容积200ml；渗透率测试范围稳定流方法:（503000）10-3m2（5010-3m2以下需特殊处理）；非稳定流方法:（0.0053000）10-3m2。2.4 专题岩心分析仪器2.4.2 相对渗透率测量仪第19页 中国石油大学（华东）工业训练中心 1 1油藏岩石毛细管油藏岩石毛细管 油油藏藏岩岩石石孔孔隙隙极极小小，流流体体在在其其中中流流动动空空间间是是一一些些大大小小不不等等、彼彼此此波波折折相相通通复复杂杂小小孔孔道道，这这些些孔孔道道可可看看成成是是变变断断面面且且表表面面粗粗糙糙毛毛细细管管，因因而而能能够够将将储储层层岩岩石石看看成成是是一一个个相相互互连连通通毛毛细细管管网网络络，流流体体基基本本流流动动空间是毛细管。空间是毛细管。2.4 专题岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第20页 中国石油大学（华东）工业训练中心 2 2弯液面在毛细管中上升现象弯液面在毛细管中上升现象 1 1）毛管力公式推导）毛管力公式推导 如如图图2.4-72.4-7（a a）所所表表示示，将将洁洁净净玻玻璃璃毛毛细细管管插插入入盛盛水水大大烧烧杯杯内内，水水在在毛毛细细管管内内上上升升至至一一定定高高度度h h，毛毛细细管管越越细细，则则水水柱柱上上升升高高度度越越大大。这这是是毛毛细管管壁对水附着张力与毛细管管中液柱重力平衡结果。细管管壁对水附着张力与毛细管管中液柱重力平衡结果。图2.4-7 毛细管中液体上升与压力相互关系2.4 专题岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第21页 中国石油大学（华东）工业训练中心如图2.4-7（c），作用于三相周界上各个界面张力之间关系 （2.4-2）周界上对水柱向上拉力，其大小等于水表面张力在垂直方向上分力。因为液柱重力方向向下，当液面上升至一定高度h时，二者平衡，即：为附着张力，是固体对水柱产生作用于单位长度三相（2.4-3）式中，1，2 水表面张力；水对管壁润湿角；r毛管半径；水密度；g重力加速度。由式（2.4-3）可得（2.4-4）2.4 专题岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第22页 中国石油大学（华东）工业训练中心在图2.4-7（a）中，设弯液面内侧B点压力为，弯液面外侧B点压力为；水面上A点压力为，毛细管中A点压力为 。依据U形管原理知（大气压力）；而A点压力又等于 加上h高水柱产生压力。（2.4-5）（2.4-6）式中pc为毛细管压力（简称毛管力，Capillary Pressure），它是指毛细管中弯液面两侧两种流体（非湿相流体与湿相流体）压力差，是附着张力A与界面张力 共同作用对弯液面内部产生附加压力，因而其方向是朝向弯液面凹向，大小等于管中液柱产生压力，如图2.4-8示。2.4 专题岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第23页 中国石油大学（华东）工业训练中心图2.4-8 弯液面对其凹侧产生附加压力示意图（a）端部封闭毛管；（b）亲水毛管；（c）亲油毛管将式（2.4-6）代入式（2.4-4）得：（2.4-7）式（2.4-7）即为玻璃毛管和水一气系统毛管力公式。2.4 专题岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第24页 中国石油大学（华东）工业训练中心 同理可求得玻璃毛管和油一水系统毛管力公式为（2.4-8）由式（2.4-8）能够看出，玻璃毛细管和油水系统毛管力等于h高水柱在油中产生压力。对比式（2.4-7）及式（2.4-8），二者含有相同形式（2.4-9）式中，两互不相溶流体间界面张力；湿相对固体表面润湿角。2.4 专题岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第25页 中国石油大学（华东）工业训练中心 由式（2.4-9）归纳以下：1）毛管力 与 成正比。90，为负值，弯液面下降，如图2.4-8（c）所表示；2）毛管力 和 两相界面界面张力成正比；3）毛管力 和毛管半径r成反比，毛管半径越小，则毛管力越大，毛细管中弯液面上升（或下降）高度越大。2.4 专题岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第26页 中国石油大学（华东）工业训练中心 3 3 压汞法岩心毛管压力测量仪器压汞法岩心毛管压力测量仪器 1 1）压汞法测量原理）压汞法测量原理 压压汞汞法法岩岩心心毛毛管管压压力力测测量量仪仪器器通通常常称称之之为为压压汞汞仪仪。在在试试验验室室条条件件下下，利利用用汞汞对对岩岩心心非非润润湿湿性性及及表表面面张张力力和和润润湿湿接接触触角角比比较较稳稳定定等等特特征征，用用加加压压泵泵将将汞汞注注入入到到被被抽抽真真空空待待测测岩岩心心内内。依依据据岩岩心心毛毛管管压压力力与与孔孔径径间间关关系系式式，可可确确定定孔孔隙隙喉喉道道半半径径、进进入入孔孔隙隙中中汞汞体体积积。在在每每个个恒恒定定压压力力点点统统计计注注入入压压力力与与汞汞注注入入量量，可可得得到到毛毛管管压压力力曲曲线线、与其对应汞饱和度及孔隙大小分布。与其对应汞饱和度及孔隙大小分布。2.4 专题岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第27页 中国石油大学（华东）工业训练中心 实实际际岩岩石石是是由由无无数数大大小小不不等等孔孔隙隙组组成成，孔孔隙隙与与孔孔隙隙之之间间有有是是有有一一个个或或数数个个吼吼道道所所连连结结，而而有有孔孔隙隙与与其其它它孔孔隙隙之之间间根根本本不不连连通通。对对于于一一定定流流体体，一一定定半半径径孔孔隙隙吼吼道道含含有有一一定定毛毛细细管管压压力力。在在用用非非湿湿相相驱驱替替湿湿相相过过程程中中，毛毛细细管管力力是是阻阻力力，只只有有当当外外加加压压力力等等于于或或超超出出喉喉道道毛毛细细管管压压力力时时，非非湿湿相相才才能能进进入入孔孔隙隙，把把湿湿相相从从孔孔隙隙中中赶赶出出，使使非非湿湿相相饱饱和和度度增增加加，湿湿相相饱饱和和度度减减小小。此此时时外外加加压压力力就就相相当当于于吼吼道道毛毛细细管管力力。随随外外力力增增大大，非非湿湿相相就就能能够够经经过过更更小小吼吼道道进进入入其其所所连连通通孔孔隙隙，将将湿湿相相排排出出，使使非非湿湿相相饱饱和和度度深深入入增增加加，湿湿相相饱饱和和度度深深入入减减小小。这这么么，一一定定非非湿湿相相饱饱和和度度就就会会对对应应一一定定孔孔隙隙体体积积，但但不不是是指指和和吼吼道道半半径径一一样样大大小小孔孔隙隙体体积积，而而是是指指等等于于或或大大于于该该半半径径喉喉道道所所连连通通全部孔隙体积。全部孔隙体积。2.4 专题岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第28页 中国石油大学（华东）工业训练中心 汞汞不不润润湿湿岩岩石石表表面面，是是非非湿湿相相，相相对对来来说说，岩岩石石孔孔隙隙中中空空气气或或汞汞蒸蒸汽汽就就是是润润湿湿相相。往往岩岩石石孔孔隙隙中中压压注注水水银银就就是是用用非非润润湿湿相相驱驱替替润润湿湿相相。当当注注入入压压力力高高于于孔孔隙隙之之内内毛毛细细管管压压力力时时，汞汞即即进进入入孔孔隙隙之之中中，所所以以注注入入压压力力就就相相当当于于毛毛细细管管压压力力，所所对对应应毛毛细细管管半半径径即即孔孔隙隙喉喉道道半半径径，进进入入孔孔隙隙中中汞汞体体积积即即该该喉喉道道所所连连通通孔孔隙隙体体积积。提提升升注注入入压压力力，汞汞又又能能够够进进入入更更小小喉喉道道所所控控制制孔孔隙隙之之中中，又又得得到到一一组组注注入入压压力力毛毛细细管管压压力力隙隙喉喉道道半半径径；注注入入水水银银体体积积孔孔隙隙喉喉道道所所连连通通孔孔隙隙体体积积岩岩石石中中非非湿湿相相饱饱和和度度等等相相关关联联参参数数。不不停停改改变变注注入入压压力力，就就能能够够得到孔隙大小分布曲线和毛细管压力曲线。得到孔隙大小分布曲线和毛细管压力曲线。2.4 专题岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第29页 中国石油大学（华东）工业训练中心 在在压压汞汞法法取取得得毛毛细细管管压压力力曲曲线线试试验验当当中中，随随压压汞汞进进程程到到达达终终点点最最高高压压力力以以后后，再再逐逐步步降降压压使使压压入入岩岩石石汞汞推推出出，便便得得到到一一条条“退退汞汞曲曲线线”，因因为为岩石孔隙结构特征，退汞曲线和压汞曲线不重合。岩石孔隙结构特征，退汞曲线和压汞曲线不重合。压压汞汞退退汞汞研研究究有有利利于于深深入入揭揭示示储储层层岩岩石石孔孔隙隙结结构构，退退汞汞效效率率研研究究则则有利于了解油藏采收率。有利于了解油藏采收率。对于汞，界面张力对于汞，界面张力=480=480达因达因/厘米，接触角厘米，接触角=140=140则毛细管压力则毛细管压力（2.4-10）2.4 专题岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第30页 中国石油大学（华东）工业训练中心 2）工作流程）工作流程该该仪仪器器在在结结构构上上采采取取重重力力差差原原理理进进行行设设计计，使使退退汞汞压压力力可可达达0.005MPa(绝绝对对压压力力)以以下下，确确保保了了试试验验连连续续性性及及完完整整性性。图图2.4-10所所表表示示为为高高压压孔孔隙隙结结构构仪仪(压压汞汞仪仪)流流程程图图。岩岩心心室室内内顶顶部部高高于于汞汞体体积积测测量量管管内内以以及及补补汞汞杯杯内内初初始始汞汞面面有有一一个个特特定定高高度度，这这个个高高度度等等于于仪仪器器使使用用时时所所在在地地以以汞汞柱柱高高度度表表示示大大气气压压数数值值H，如如流流程程图图上上所所标标760mm。专专门门设设计计了了高高度度可可调调补补汞汞杯杯，以以随随时时调调整整H使使之之能能与与试试验验时时大大气气压压相相符符。补补汞汞杯杯底底部部与与汞汞体体积积测测量量管管底底部部以以及及岩岩心心室室底底部部由由管管线线、阀阀门门相相连连，相相互互之之间间阀阀门门打打开开后后，它它们们两两两两之之间间便便会会形形成成U型型连连通通，经经过过调调整整补补汞汞杯杯高高度度，就就能能够够调调整整和和控控制制汞汞体体积积测测量量管管内内初初始始汞汞面面，确确保保初初始始汞汞面面与与岩岩心心室室顶顶部部高高度度差差等等于于试试验验时仪器所在地时仪器所在地H。2.4 专题岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第31页 中国石油大学（华东）工业训练中心760mmHg760mmHg12345138761815171416213029282627121110920192524232239383731324035343633411、2、3、4 压力表 5、6、7、8 压力传感器 9、10抽闲阀 11、12 岩心室 13、14、15 高压电磁阀 16、17、18 高压手动阀 19、20 隔离阀 21 补汞杯 22、23 汞体积计量管 24、25 差压传感器 26高压泵阀27 进液阀 28 高压泵 29 步进电机 30 酒精杯 31、32 岩心室阀33、34 补汞阀 35、36 放空阀 37 真空表38 真空放空阀 39 真空泵阀 40 真空泵 41 气体阱图2.4-10 高压孔隙结构仪(压汞仪)流程图2.4 专题岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第32页 中国石油大学（华东）工业训练中心高压控制柜真空柜汞体积计量柜图4.2-9仪器整体结构图2.4 专题岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪 3）仪器结构与组成）仪器结构与组成图图2.4-9是是仪仪器器整整体体结结构构效效果果图图，主主要要有有三三个个箱箱体体：高高压压控控制制柜柜、汞汞体体积积计计量量柜柜、真真空空柜柜。高高压压控控制制柜柜内内主主要要包包含含压压力力计计量量系系统统，高高压压动动力力系系统统；汞汞体体积积计计量量柜柜内内主主要要包包含含高高压压岩岩心心室室，汞汞体体积积计计量量系系统统，补补汞汞装装置置；真真空空柜柜内内主主要要是是真真空空系系统统；计计算算机机实实时时数数据据采采集集处处理理控控制制系系统统图图中中并并未未画画出出，主主要要包包含含计计算算机机、打印机、采集控制板卡等。打印机、采集控制板卡等。第33页 中国石油大学（华东）工业训练中心 全全套套仪仪器器由由高高压压岩岩心心室室，汞汞体体积积计计量量模模块块，压压力力计计量量模模块块，补补汞汞模模块块，高高压压动动力力模模块块，真真空空模模块块，计计算算机机实实时时数数据据采采集集处处理理控控制制模模块块七七大大部部分分组组成。成。高高压压岩岩心心室室该该仪仪器器设设有有两两个个岩岩心心室室，一一次次试试验验可可同同时时分分析析两两个个样样品。岩心室采取不锈钢材质，对称半螺纹密封，密封可靠，使用便捷。品。岩心室采取不锈钢材质，对称半螺纹密封，密封可靠，使用便捷。汞汞体体积积计计量量模模块块采采取取高高精精度度差差压压传传感感器器配配合合特特制制汞汞体体积积计计量量管管进进行计量，精度高、稳定性好。行计量，精度高、稳定性好。压压力力计计量量模模块块采采取取串串联联阶阶梯梯式式计计量量方方法法，主主要要由由四四个个不不一一样样量量程程压压力力表表及及压压力力传传感感器器串串联联连连接接，由由计计算算机机控控制制电电磁磁阀阀自自动动选选择择不不一一样样量量程程压力表及传感器计量不一样压力段压力值，提升了测量精度。压力表及传感器计量不一样压力段压力值，提升了测量精度。补补汞汞模模块块主主要要由由调调整整单单元元，汞汞面面探探测测单单元元及及汞汞杯杯组组成成，并并由由指指示示灯显示汞面位置。灯显示汞面位置。2.4 专题岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第34页 中国石油大学（华东）工业训练中心 高高压压动动力力模模块块由由步步进进电电机机、高高压压泵泵，步步进进电电机机控控制制器器组组成成。该模块可由计算机控制运行也可手动控制运行，并设有多重保护办法。该模块可由计算机控制运行也可手动控制运行，并设有多重保护办法。真空模块真空模块主要有真空泵以及相关管路阀件组成。主要有真空泵以及相关管路阀件组成。数数据据采采集集处处理理及及过过程程控控制制模模块块该该部部分分功功效效主主要要由由计计算算机机及及高高压压孔孔隙隙结结构构仪仪应应用用软软件件完完成成。软软件件采采取取VisualBasic6.0语语言言设设计计，能能实实现现数数据据采采集集处处理理及及试试验验过过程程实实时时自自动动控控制制，实实时时控控制制是是其其关关键键部部分分。数数据处理模块在测试结束后可输出相关报表、曲线及参数。据处理模块在测试结束后可输出相关报表、曲线及参数。输输出出报报表表、曲曲线线有有毛毛管管压压力力曲曲线线（毛毛管管压压力力与与汞汞饱饱和和度度关关系系曲曲线线）；孔孔隙隙分分布布直直方方图图及及渗渗透透率率贡贡献献值值积积累累曲曲线线；孔孔隙隙分分布布直直方方图图数数据据表表；毛管压力曲线数据表。毛管压力曲线数据表。2.4 专题岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第35页 中国石油大学（华东）工业训练中心4）技术参数）技术参数可测孔隙直径范围：可测孔隙直径范围：0.03750m；工作压力：工作压力：0.00250MPa；真空度：真空度：0.005mmHg；压力传感器精度：压力传感器精度：0.25%；汞体积分辨率：汞体积分辨率：30L；真空维持时间：真空维持时间：5min；可测定压力点数目：可测定压力点数目：100个；个；压力平衡时间：压力平衡时间：60s；最低退出压力：最低退出压力：0.002MPa；压力传感器量程：压力传感器量程：0.1、1、10、50MPa各一支。各一支。2.4 专题岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第36页 中国石油大学（华东）工业训练中心 4 4离心机法毛管压力测量仪离心机法毛管压力测量仪 依依靠靠离离心心机机高高速速旋旋转转所所产产生生离离心心力力，代代替替外外加加排排驱驱压压力力，实实现现饱饱和和非非润润湿湿相相（润润湿湿相相）驱驱替替润润湿湿相相（非非润润湿湿相相），不不一一样样转转速速下下两两相相流流体体离离心心压压力力差差就就等等于于毛毛管管压压力力，统统计计不不一一样样压压力力下下驱驱出出流流体体体体积积，便可绘制出毛管压力曲线。便可绘制出毛管压力曲线。5 5半渗隔板法毛管压力测量仪半渗隔板法毛管压力测量仪采采取取抽抽真真空空或或加加压压方方法法，在在岩岩样样两两端端建建立立驱驱替替压压差差，把把润润湿湿相相液液体体从从孔孔隙隙中中驱驱替替出出来来所所需需压压力力等等于于对对应应孔孔隙隙毛毛管管压压力力，依依据据一一系系列列毛毛管压力和润湿相饱和度对应关系作图可得到毛管压力曲线。管压力和润湿相饱和度对应关系作图可得到毛管压力曲线。2.4 专题岩心分析仪器2.4.3 毛管压力测量仪第37页 中国石油大学（华东）工业训练中心2.4 专题岩心分析仪器2.4.4 岩心比面测量仪 1 1岩石比面（岩石比面（Specific AreaSpecific Area）概念）概念 岩石比面是指单位体积岩石总表面积，单位为岩石比面是指单位体积岩石总表面积，单位为mmmm-1-1，用公式表示为，用公式表示为（2.4-11）式式中中，S S岩岩石石比比面面，m m-1-1；A A岩岩石石颗颗粒粒总总表表面面积积，m m2 2；V V岩岩石石骨骨架架体积，体积，m m3 3。理理想想岩岩石石模模型型比比面面主主要要受受颗颗粒粒直直径径影影响响，随随颗颗粒粒直直径径变变小小，比比面面变变大大。砂砂岩岩骨骨架架颗颗粒粒粒粒级级分分布布范范围围很很广广，所所以以，实实际际岩岩石石比比面面很很大大，主主要要粒粒级级分分布布为为0.100.100.01 0.01 mmmm泥泥岩岩，比比面面大大于于2300 2300 m m-1-1。岩岩石石比比面面越越大大，说说明明其其骨骨架架分散程度越大，组成骨架颗粒越细。分散程度越大，组成骨架颗粒越细。第38页 中国石油大学（华东）工业训练中心 2 2岩石比面测定原理岩石比面测定原理岩岩石石比比面面求求取取方方法法分分为为直直接接法法和和间间接接法法。直直接接法法是是以以KozenyCarman方方程程（1927）为为基基础础建建立立。图图2.4-14为为岩岩石石比比面面测测定定仪仪示示意意图图。对对于于圆圆柱柱形岩石，比面计算公式为：形岩石，比面计算公式为：（2.4-12）2.4 专题岩心分析仪器2.4.4 岩心比面测量仪图2.4-14 岩石比面测定示意图l一N2；2一岩心；3一u形压力计；4，5，6一阀；7一量筒第39页 中国石油大学（华东）工业训练中心 3 3岩石比面测定仪器岩石比面测定仪器 图图2.4-15 2.4-15 所所表表示示为为岩岩石石比比面面测测定定仪仪，主主要要由由岩岩心心夹夹持持器器、和和空空气气唧唧筒筒组组成成。本本仪仪器器用用来来测测量量单单位位颗颗粒粒体体积积岩岩石石内内总总孔孔隙内表面积。隙内表面积。图2.4-15 岩石比面测定仪 测测定定时时，打打开开排排水水开开关关，水水从从唧唧筒筒中中流流出出，瓶瓶内内压压力力降降低低，空空气气从从进进气气孔孔经经岩岩样样进进入入唧唧筒筒内内。当当压压差差计计上上水水柱柱高高H H一一定定时时，进进入入空空气气量量等等于于排排出出水水量量，用用量量筒筒量量出出对对应应压压差差下下流流出出水水量量，便便可可按按公公式式（2.4-122.4-12）计计算岩样比面。算岩样比面。2.4 专题岩心分析仪器2.4.4 岩心比面测量仪第40页 中国石油大学（华东）工业训练中心1.1.岩石润湿性（岩石润湿性（WetabilityWetability）概念）概念 在在存存在在非非混混相相流流体体情情况况下下，把把某某种种液液体体延延伸伸或或附附着着在在固固体体表表面面倾倾向向性性称称为为润湿性。润湿性。在在固固体体表表面面滴滴一一滴滴液液体体，液液滴滴可可能能沿沿固固体体表表面面散散开开，如如图图2.4-162.4-16中中，水水滴滴在在玻玻璃璃板板上上散散开开，我我们们就就说说这这种种液液体体润润湿固体表面。湿固体表面。图2.4-16液体对固体表面润湿性2.4 专题岩心分析仪器2.4.5 岩心湿润性测量仪 在固体表面滴一滴液体，液体可能以它液滴状态存在于固体表面，如在固体表面滴一滴液体，液体可能以它液滴状态存在于固体表面，如图图2.4-162.4-16中，水银滴在玻璃板上，我们就说这种液体不润湿固体表面。中，水银滴在玻璃板上，我们就说这种液体不润湿固体表面。第41页 中国石油大学（华东）工业训练中心 液液体体对对固固体体润润湿湿程程度度通通惯惯用用润润湿湿角角（或或接接触触角角）表表示示，如如图图2.4-162.4-16。油水岩石系统润湿性分以下几个：油水岩石系统润湿性分以下几个：当当909090时时，岩石表面，岩石表面亲亲油，水是非油，水是非润润湿相，油是湿相，油是润润湿相；湿相；当当=90=90时时，中性，中性润润湿；湿；当当=180=180时时，岩石表面，岩石表面亲亲水。水。2.4 专题岩心分析仪器2.4.5 岩心湿润性测量仪图2.4-16液体对固体表面润湿性第42页 中国石油大学（华东）工业训练中心 在在毛毛管管压压力力作作用用下下，润润湿湿流流体体含含有有自自发发吸吸入入岩岩石石孔孔隙隙中中并并排排驱驱其其中中非非润润湿湿流流体体特特征征。经经过过测测量量并并比比较较油油藏藏岩岩石石残残余余油油状状态态（或或束束缚缚水水状状态态）下下，毛毛细细管管自自吸吸油油（或或自自吸吸水水）数数量量和和注注水水驱驱替替排排油油量量（或或注注油油驱驱替替排排水水量量），定定性判别油藏岩石对油（水）润湿性。性判别油藏岩石对油（水）润湿性。自自动动吸吸水水排排油油量量V VO1O1与与离离心心吸吸水水排排油油量量V VO2O2代代表表了了总总水水驱驱毛毛管管体体积积。润润湿湿程程度度则则采采取取自自动动吸吸水水量量与与总总可可驱驱替替毛毛管管体体积积之之比比值值（水水湿湿指指数数W WW W）来来判判断断，即：即：（2.4-13）将将残残余余油油状状态态下下岩岩心心放放入入油油中中20h20h，测测自自动动吸吸油油排排水水量量V Vw1w1，再再放放入入油油中，在离心条件下吸油排水，测离心吸油排水量中，在离心条件下吸油排水，测离心吸油排水量V Vw2w2，则油湿指数则油湿指数WoWo为：为：（2.4-14）2.4 专题岩心分析仪器2.4.5 岩心湿润性测量仪第43页 中国石油大学（华东）工业训练中心2.自吸法岩石润湿性测量仪自吸法岩石润湿性测量仪岩岩石石润润湿湿性性测测试试仪仪如如图图2.4-16所所表表示示。本本仪仪器器采采取取自自吸吸流流动动驱驱替替法法，可可用用于于对对胶胶结结成成型型很很好好、能能完完成成油油水水流流动动驱驱替替过过程程油油藏藏岩岩石石进进行行润润湿湿性性测测定定。经经过过公公式式（2.4-13）及及（2.4-14）计计算算和和对对比比，能能够够定定性性判判别别油藏岩石对油（水）润湿性。油藏岩石对油（水）润湿性。2.4 专题岩心分析仪器2.4.5 岩心湿润性测量仪图2.4-16 岩石润湿性测试仪第44页 中国石油大学（华东）工业训练中心 3.3.接触角法岩石润湿性测量仪接触角法岩石润湿性测量仪 水水、油油、固固体体系系统统中中三三相相交交接