一种多孔介质中天然气偏差因子的测定装置及方法

1.一种多孔介质中天然气偏差因子的测定装置，主要由多孔介质系统、数据采集及处理系统、PVT测试单元（10）、中间容器（14）、气量计（13）、烘箱（15）组成，其特征在于，所述多孔介质系统由第一填砂管（1）、第二填砂管（2）、第三填砂管（3）、第四填砂管（4）、第五填砂管（5）串联而成，所述多孔介质系统分别与PVT测试单元（10）和中间容器（14）相连，所述PVT测试单元（10）和中间容器（14）分别连有泵一（11）、泵二（12），所述多孔介质系统与PVT测试单元置于烘箱（15）中并连接气量计（13）；所述数据采集及处理系统包括温度传感器（9）、压力传感器（7）和计算机（8），所述多孔介质系统通过温度传感器（9）、压力传感器（7）与计算机（8）相连；所述多孔介质系统的填砂管之间、多孔介质系统与PVT测试单元之间、中间容器之间均有阀门（6）。
2.利用如权利要求1所述的装置测定多孔介质中天然气偏差因子的方法，依次包括以下步骤：
（1）将不同目数的石英砂分别填充到5个填砂管中；
（2）在P0=0.1MPa，T0=20℃下，用泵二（12）注N2依次测量每根填砂管孔隙体积分别为VK1、VK2、VK3、VK4、VK5，填砂管连接压力传感器间管线的体积为Vc，然后排出N2并用真空泵抽空填砂管及管线至真空状态；
（3）通过计算机将烘箱的温度设定成储层的地层温度T并升温至地层温度T；
（4）用泵二（12）将中间容器的天然气充满第一填砂管，通过压力传感器监测第一填砂管中的压力，待压力平衡时，记下此时第一填砂管内的压力P1；
（5）将经过第一填砂管吸附过后的一部分天然气转入PVT测试单元中，用泵一（11）调节PVT测试单元中天然气的压力为P1，得到天然气在T、P1条件下的体积V11，保持压力为P1，将PVT测试单元中的天然气一部分排放到气量计中，测出天然气在P0=0.1MPa，T0=20℃下的体积V0，然后读出排气后PVT测试单元中的天然气体积V12，得到天然气在T、P1条件下的体积变化值V1=V11-V12，从而得到气体在PVT测试单元中的偏差因子
（6）用真空泵抽空第一填砂管至真空状态，然后用泵二（12）将中间容器的天然气充满第一填砂管，打开第一填砂管和第二填砂管之间的阀门，使得第一填砂管和第二填砂管保持联通状态，并通过压力传感器监测第一填砂管和第二填砂管串联时的平衡压力P2；
（7）打开第二填砂管和第三填砂管之间的阀门，监测第一填砂管、第二填砂管和第三填砂管串联时的平衡压力P3，打开第三填砂管和第四填砂管之间的阀门，监测第一填砂管、第二填砂管、第三填砂管和第四填砂管串联时的平衡压力P4，打开第四填砂管和第五填砂管之间的阀门，监测第一填砂管、第二填砂管、第三填砂管、第四填砂管和第五填砂管串联时的平衡压力P5；
（8）在PVT测试单元中对剩余的气体做体积膨胀实验，得到压力分别为P2、P3、P4和P5时的天然气体积V2、V3、V4、V5；
（9）利用下式求出天然气在多孔介质中的偏差因子Z′1：
第1个压力点的偏差因子：Z′1=Z1
第2、3、4、5个压力点的偏差因子：
V′1＝Vc+VK1
V′2＝Vc+VK1+VK2

一种多孔介质中天然气偏差因子的测定装置及方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种多孔介质中测定天然气偏差因子的装置及方法，特别是用于石油天然气行业考虑储层多孔介质高温高压环境下测定天然气偏差因子的装置及方法。\n背景技术\n[0002] 天然气的偏差因子是天然气的物性参数之一，主要用于气藏地质储量和可采储量计算，试井分析、产能分析、生产动态分析、数值模拟、生产系统分析、采油气工艺设计和地面工程设计。目前公知的天然气偏差因子的实验方法是在不考虑储层多孔介质环境下的常规PVT测试单元中进行实验测试。而天然气是处在储层的多孔介质中，这就会导致常规天然气的偏差因子与真实储层条件下天然气的偏差因子存在着偏差。\n[0003] 因此，研究考虑储层多孔介质高温高压环境下天然气偏差因子的实验测定装置及方法具有重大的现实意义和指导意义：（1）考虑了多孔介质比面积大，吸附作用更加显著的特点；（2）考虑了多孔介质吸附作用对天然气偏差因子的影响，从而使测定结果更接近真实储层天然气的偏差因子，更好地指导生产实践。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的在于提供一种多孔介质中天然气偏差因子的测定装置，该装置原理可靠，结构合理，操作简单，由于考虑了储层多孔介质和高温高压环境，通过该装置测定的天然气偏差因子更接近真实储层天然气的偏差因子，有利地指导生产实践。\n[0005] 本发明的另一个目的在于提供利用上述装置测定多孔介质中天然气偏差因子的方法，该方法测试的天然气偏差因子，更加真实地反应了储层多孔介质的存在对天然气偏差因子的影响。\n[0006] 本发明不仅可用于考虑多孔介质高温高压环境下的天然气偏差因子实验研究，还可进行天然气其它物性参数（体积系数、热膨胀系数等）的实验测试。该实验方法所能达到的最高压力100MPa，最高温度200℃。\n[0007] 为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。\n[0008] 一种多孔介质中天然气偏差因子的测定装置，主要由多孔介质系统、数据采集及处理系统、PVT测试单元、中间容器、气量计、烘箱、泵组成，所述多孔介质系统由5个填砂管串联而成，所述多孔介质系统分别与PVT测试单元和中间容器相连，所述PVT测试单元和中间容器分别与泵相连，所述多孔介质系统与PVT测试单元置于烘箱中并连接气量计；所述数据采集及处理系统包括温度传感器、压力传感器和计算机，所述多孔介质系统通过温度传感器、压力传感器与计算机相连，温度传感器、压力传感器监测填砂管中的温度和压力并将数据传给计算机；所述多孔介质系统的填砂管之间、多孔介质系统与PVT测试单元之间、中间容器之间均有阀门。\n[0009] 利用上述装置测定多孔介质中天然气偏差因子的方法，依次包括以下步骤：\n[0010] （1）将不同目数的石英砂分别填充到5个填砂管中，填砂管所承受的最大压力为\n100MPa；\n[0011] （2）在标况（P0=0.1MPa，T0=20℃）下，用泵注N2依次测量每根填砂管孔隙体积分别为VK1、VK2、VK3、VK4、VK5，填砂管连接压力传感器间管线的体积为Vc，然后排出N2并用真空泵抽空填砂管及管线至真空状态（由于串联填砂管间管线短且内径较小，填砂管间连接的管线体积忽略不计）；\n[0012] （3）通过计算机将烘箱的温度设定成储层的地层温度T并升温至地层温度T；\n[0013] （4）用泵将中间容器的天然气充满第一填砂管，待进泵缓慢时，通过压力传感器监测第一填砂管中的压力，待压力平衡时，记下此时第一填砂管内的平衡压力P1；\n[0014] （5）将经过第一填砂管吸附过后的一部分天然气转入PVT测试单元中，用泵调节PVT测试单元中天然气的压力为P1，从而得到天然气在T、P1条件下的体积V11，然后保持压力为P1的条件下，将PVT测试单元中的天然气一部分排放到气量计中，用气量计测量出天然气在标况（P0=0.1MPa，T0=20℃）下的体积V0，然后读出排气后PVT测试单元中的天然气体积V12，从而得到天然气在T、P1条件下的体积变化值为V（1 V1=V11-V12），利用下述的气体状态方程：\n[0015] POVO=nRZ0T0（其中ZO=1）\n[0016] P1V1=nRZ1T，\n[0017] 从而得到气体在PVT测试单元中的偏差因子\n[0018] （6）用真空泵抽空第一填砂管至真空状态，然后用泵将中间容器的天然气充满第一填砂管，打开第一填砂管和第二填砂管之间的阀门，使得第一填砂管和第二填砂管保持联通状态，并通过压力传感器监测第一填砂管和第二填砂管串联时的平衡压力P2；\n[0019] （7）打开第二填砂管和第三填砂管之间的阀门，监测第一填砂管、第二填砂管和第三填砂管串联时的平衡压力P3，打开第三填砂管和第四填砂管之间的阀门，监测第一填砂管、第二填砂管、第三填砂管和第四填砂管串联时的平衡压力P4，打开第四填砂管和第五填砂管之间的阀门，监测第一填砂管、第二填砂管、第三填砂管、第四填砂管和第五填砂管串联时的平衡压力P5；\n[0020] （8）在PVT测试单元中对剩余的气体做压力点为P2、P3、P4和P5的体积膨胀实验，从而得到压力分别为P2、P3、P4和P5时的天然气体积V2、V3、V4、V5；\n[0021] （9）利用气体状态方程通过下面公式求出天然气在PVT测试单元以及多孔介质中的偏差因子：\n[0022] 1）天然气在PVT测试单元中的偏差因子Zi\n[0023] 第1个压力点的偏差因子：\n[0024] 第2、4、5个压力点的偏差因子：\n[0025] 注：Vi-1是第i-1个压力点，地层温度条件下，PVT测试单元中天然气的体积；Vi是第i个压力点下，地层温度条件下，PVT测试单元中天然气的体积。\n[0026] 2）天然气在多孔介质中的偏差因子Z′1\n[0027] 第1个压力点的偏差因子：Z′1=Z1\n[0028] 第2、3、4、5个压力点的偏差因子：\n[0029] 注：V′1=Vc+Vk1\n[0030] V′2=Vc+Vk1+VK2，\n[0031] 以此类推，\n[0032] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：\n[0033] （1）本发明涉及的测定装置，原理可靠，结构合理，操作简便，利用该装置可准确测定储层多孔介质高温高压环境下天然气的偏差因子；\n[0034] （2）能同时测试考虑多孔介质和不考虑多孔介质条件下天然气的偏差因子；\n[0035] （3）测试的储层多孔介质条件下天然气偏差因子更接近真实储层天然气的偏差因子；\n[0036] （4）实验能达到的最高温度压力100MPa，最高温度200℃。\n附图说明\n[0037] 图1是本发明多孔介质中天然气偏差因子的测定装置的结构示意图。\n[0038] 图1中：1，第一填砂管；2，第二填砂管；3，第三填砂管；4，第四填砂管；5，第五填砂管；6，阀门；7，压力传感器；8，计算机；9，温度传感器；10，PVT测试单元；11，泵一；12，泵二；13，气量计；14，中间容器；15，烘箱。\n[0039] 图2是考虑多孔介质和不考虑多孔介质的天然气偏差因子对比图。\n具体实施方式\n[0040] 下面结合附图进一步说明本发明。\n[0041] 参看图1。一种多孔介质中天然气偏差因子的测定装置，主要由多孔介质系统、数据采集及处理系统、PVT测试单元10、中间容器14、气量计13、烘箱15组成，所述多孔介质系统由第一填砂管1、第二填砂管2、第三填砂管3、第四填砂管4、第五填砂管5串联而成，所述多孔介质系统分别与PVT测试单元10和中间容器14相连，所述PVT测试单元10和中间容器14分别连有泵一11、泵二12，所述多孔介质系统与PVT测试单元10置于烘箱15中并连接气量计13；所述数据采集及处理系统包括温度传感器9、压力传感器7和计算机8，所述多孔介质系统通过温度传感器9、压力传感器7与计算机8相连；所述多孔介质系统的填砂管之间、多孔介质系统与PVT测试单元之间、中间容器之间均有阀门6。\n[0042] 利用上述装置所述测定多孔介质中天然气偏差因子的方法，依次包括：\n[0043] 1.将不同目数的石英砂分别填充到5个填砂管中；\n[0044] 2.在20℃，0.1MPa下，用泵12注N2测得第一填砂管～第五填砂管孔隙体积VK1、VK2、VK3、VK4、VK5依次分别为89.14ml、16.62ml、24.56ml、55.45ml、92.44ml，填砂管连接压力传感器间管线的体积Vc为2ml，然后将5根填砂管抽真空；\n[0045] 3.通过计算机将烘箱的温度设定并升温至储层的地层温度80℃；\n[0046] 4.用泵将中间容器的天然气充满第一填砂管，待进泵缓慢时，通过压力传感器监测第一填砂管中的压力，待压力平衡时，记下此时第一填砂管内的压力P1为42.34MPa；\n[0047] 5.将经过第一填砂管吸附过后的一部分天然气转入PVT测试单元中，利用泵11调节PVT测试单元中天然气的压力为P1，从而测得天然气在80℃、42.34MPa条件下的体积V11为25.250ml，然后保持压力为42.34MPa的条件下，将PVT测试单元中的天然气一部分排放到气量计中，测量出天然气在标况（P0=0.1MPa，T0=20℃）下的体积V0为225ml，然后读出排气后PVT测试单元中的天然气体积V12为25.110ml，从而得到天然气在T、P1条件下的体积变化值V1（V1=V11-V12）为0.140ml，从而求得气体的偏差因子为0.984；\n[0048] 6.用真空泵抽空第一填砂管至真空状态，然后用泵12将中间容器的天然气充满第一填砂管，打开第一填砂管和第二填砂管之间的阀门，使得第一填砂管和第二填砂管保持联通状态，并通过压力传感器监测第一填砂管和第二填砂管串联时的平衡压力P2为\n32.40MPa；打开第二填砂管和第三填砂管之间的阀门，监测第一填砂管、第二填砂管和第三填砂管串联时的平衡压力P3为25.10MPa，打开第三填砂管和第四填砂管之间的阀门，监测第一填砂管、第二填砂管、第三填砂管和第四填砂管串联时的平衡压力P4为17.33MPa，打开第四填砂管和第五填砂管之间的阀门，监测第一填砂管、第二填砂管、第三填砂管、第四填砂管和第五填砂管串联时的平衡压力P5为11.86MPa；\n[0049] 7.在PVT测试单元中对剩余的气体做体积膨胀实验，得到压力分别为P2、P3、P4和P5时的天然气体积V2为35.320ml、V3为48.295ml、V4为71.865ml、V5为102.685ml，从而得到考虑多孔介质和不考虑多孔介质（PVT测试单元）高温高压条件下天然气的偏差因子，结果见表1和图2。\n[0050] 表1考虑多孔介质和不考虑多孔介质的天然气偏差因子对比表\n[0051] \n 压力（MPa） 不考虑多孔介质 考虑多孔介质\n 42.34 0.984 0.984\n 32.40 0.914 0.890\n 25.10 0.863 0.847\n 17.33 0.840 0.830\n 11.86 0.859 0.842