油、气、水三相饱和度确定方法及装置与流程

1.本发明涉及石油开发实验技术领域，尤其涉及一种油、气、水三相饱和度确定方法及装置。


背景技术：

2.石油开发实验技术领域中，物理模拟驱油实验能够静态地模拟油藏岩石孔隙结构，动态地模拟油藏的形成过程及不同条件下多种注入介质的驱油过程，评价不同注入方式条件下的驱替效率和驱替特征，为渗流机理的研究和油田现场驱替方式的设计提供重要的参考依据。
3.在以往油田开发水驱、化学驱等室内物理模拟实验中，由于注入介质为水基，具有一定的导电性能，可以利用电阻率的方法对物理模型中某一位置的油水关系进行判断和计算，从而得到含油含水饱和度，该方法已经相对成熟，并得到了广发的应用。近年来，随着气驱技术在国内的兴起，气驱物理模拟实验的比重逐步增加，由于注入介质为烃类、co2等气体，不具备导电性能，因此，现有技术中的电阻率方法已经不适用于气驱实验的饱和度测试，无法得到物理模型的气相饱和度参数，即无法确定物理模型的油、气、水三相饱和度。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种油、气、水三相饱和度确定方法，用以确定精确的油、气、水三相饱和度，该方法包括：
5.获取超声波穿过物理模型中每个采样点的超声波首波时刻和超声波幅值；
6.根据每个采样点的超声波首波时刻和每个采样点的超声波幅值，基于超声波首波时刻与油、气、水三相饱和度关联关系，以及超声波幅值与油、气、水三相饱和度关联关系，确定每个采样点的油、气、水三相饱和度。
7.本发明实施例还提供一种油、气、水三相饱和度确定装置，用以确定精确的油、气、水三相饱和度，该装置包括：
8.采样模块，用于获取超声波穿过物理模型中每个采样点的超声波首波时间和超声波幅值；
9.饱和度确定模块，用于根据每个采样点的超声波首波时刻和每个采样点的超声波幅值，基于超声波首波时刻与油、气、水三相饱和度关联关系，以及超声波幅值与油、气、水三相饱和度关联关系，确定每个采样点的油、气、水三相饱和度。
10.本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述油、气、水三相饱和度确定方法。
11.本发明实施例也提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述油、气、水三相饱和度确定方法的计算机程序。
12.本发明实施例中，通过获取超声波穿过物理模型中每个采样点的超声波首波时刻
和超声波幅值；根据每个采样点的超声波首波时刻和每个采样点的超声波幅值，基于超声波首波时刻与油、气、水三相饱和度关联关系，以及超声波幅值与油、气、水三相饱和度关联关系，确定每个采样点的油、气、水三相饱和度。相较于现有技术，利用超声波在任何介质中都可以传播的特性，基于超声波穿过物理模型不同介质下的采样点时的超声波首波时刻不同，以及超声波穿过物理模型不同介质下的采样点时的超声波幅值的衰减特征，判断并确定物理模型中每个采样点的油、气、水三相饱和度，从而精确确定物理模型的油、气、水三相饱和度。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1为本发明实施例中油、气、水三相饱和度确定方法的示意图。
15.图2为本发明具体实施例中一维物理模型超声波探头布置示意图。
16.图3为本发明具体实施例中二维物理模型超声波探头布置示意图。
17.图4为本发明具体实施例中油、气、水三相饱和度确定方法的示意图。
18.图5为本发明一具体应用实施中物理模型上单个超声波探头截面的示意图。
19.图6为本发明实施例中油、气、水三相饱和度确定装置的示意图。
20.图7为本发明具体实施例中油、气、水三相饱和度确定装置的示意图。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.申请人发现，超声波在任何介质中都可以传播，但在不同的介质中的传播速度不同，即声波时差不同，声波幅值衰减特征也不同。因而，可以利用超声波的传播特性，基于超声波穿过物理模型的不同介质下的采样点时的超声波首波时刻的差以及超声波幅值的衰减特征，判断每个采样点处的介质，并得到物理模型中岩心孔隙内油气水流体的分布状况，精确确定物理模型的油、气、水三相饱和度，尤其是实现了气相饱和度的精确表达。
23.此外，由于超声波在气、油、水中传播速度的巨大差异，例如：20℃条件下，空气中的声速为343.4m/s，水中的声速为1482.66m/s，使得超声波首波时刻和超声波幅值的衰减，在物理模型同一截面处，对油气水分布状况的响应更加灵敏，三相饱和度的计算也就更加准确，且利用超声波，进行流体饱和度测试方法的应用可以覆盖物理模拟实验的全过程，在抽真空过程中对模型不同位置真空度的计算也是其重要作用之一，克服了以往测试中仅能依靠外部真空表判断模型内部真空度的缺点。
24.本发明实施例提供了一种油、气、水三相饱和度确定方法，用以确定精确的油、气、水三相饱和度，如图1所示，该方法包括：
25.步骤101：获取超声波穿过物理模型中每个采样点的超声波首波时刻和超声波幅值；
26.步骤102：根据每个采样点的超声波首波时刻和每个采样点的超声波幅值，基于超声波首波时刻与油、气、水三相饱和度关联关系，以及超声波幅值与油、气、水三相饱和度关联关系，确定每个采样点的油、气、水三相饱和度。
27.由图1所示流程可以得知，本发明实施例中，通过获取超声波穿过物理模型中每个采样点的超声波首波时刻和超声波幅值；根据每个采样点的超声波首波时刻和每个采样点的超声波幅值，基于超声波首波时刻与油、气、水三相饱和度关联关系以及超声波幅值与油、气、水三相饱和度关联关系，确定每个采样点的油、气、水三相饱和度。相较于现有技术，利用超声波在任何介质中都可以传播的特性，基于超声波穿过物理模型不同介质下的采样点时的超声波首波时刻不同，以及超声波穿过物理模型不同介质下的采样点时的超声波幅值的衰减特征，判断并确定物理模型中每个采样点的油、气、水三相饱和度，从而精确确定物理模型的油、气、水三相饱和度。
28.具体实施时，首先获取超声波穿过物理模型中每个采样点的超声波首波时刻和超声波幅值。具体实施例中，物理模型是三维岩心模型，超声波首波时刻是指超声波首波到达的时刻。每个采样点处布置成对的超声波探头，每对超声波探头的连线与物理模型中流体注入方向垂直。例如，一维实验模型可以沿注采方向布置，二维实验模型可等间距布置，具体布置示意图，如图2和图3所示。
29.获取每个采样点的超声波首波时刻和超声波幅值后，根据每个采样点的超声波首波时刻和每个采样点的超声波幅值，基于超声波首波时刻与油、气、水三相饱和度关联关系，以及超声波幅值与油、气、水三相饱和度关联关系，确定每个采样点的油、气、水三相饱和度。具体实施时，根据每个采样点的超声波首波时刻、每个采样点的超声波幅值以及标定后的超声波传播速度、超声波的声波幅值和衰减系数，基于超声波首波时刻与油、气、水三相饱和度关联关系以及超声波幅值与油、气、水三相饱和度关联关系，结合含油饱和度、含气饱和度和含水饱和度的关联关系，得到每个采样点的油、气、水三相饱和度。
30.其中，标定后的超声波传播速度、超声波的声波幅值和衰减系数，是根据实验温度和实验压力，对超声波在实验所使用的油、气和水中的传播速度、声波幅值和衰减系数进行标定后得到的。超声波的声速、声波幅值会随着实验温压条件的差异、原油组成、地层水中矿物种类和注入气类型发生改变，所以在实验准备阶段，需要在实验温度和压力条件下，对超声波在特定油、气、水中的传播速度、声波幅值及衰减系数进行标定。
31.具体实施时，超声波首波时刻与油、气、水三相饱和度关联关系，为：
[0032][0033]
其中，t代表每个采样点的超声波首波时刻；so代表每个采样点的含油饱和度；sg代表每个采样点的含气饱和度；sw代表每个采样点的含水饱和度；d代表物理模型中的岩心厚度；φ代表物理模型中的岩石孔隙度；vo代表超声波在原油中的传播速度；vg代表超声波在注入气中的传播速度；vw代表超声波在地层水中的传播速度；vr代表超声波在岩石中的传播速度。
[0034]
超声波幅值与油、气、水三相饱和度关联关系，为：
[0035][0036]
其中，a代表每个采样点的超声波幅值；a0代表每个采样点的初始时刻的超声波幅值；so代表每个采样点的含油饱和度；sg代表每个采样点的含气饱和度；sw代表每个采样点的含水饱和度；αr代表超声波在岩石中的衰减系数；αo代表超声波在原油中的衰减系数；αw代表超声波在地层水中的衰减系数；αg超声波在注入气中的衰减系数。
[0037]
含油饱和度、含气饱和度和含水饱和度的关联关系，为：
[0038]
so sg sw＝1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0039]
其中，so代表每个采样点的含油饱和度；sg代表每个采样点的含气饱和度；sw代表每个采样点的含水饱和度。
[0040]
其中，上述vo、vg、vw、vr、a0、αr、αo、αw、αg均为超声波传播速度、超声波的声波幅值和衰减系数标定后的值。
[0041]
联立上述公式(1)、(2)、(3)，可得到每一采样点的so、sg和sw，即每个采样点处，超声波发生和接收探头间的岩心孔隙内的油、气、水三相饱和度值。
[0042]
具体实施例中，还提供一种油、气、水三相饱和度确定方法，如图4所示，在图1的基础上，还包括：
[0043]
步骤401：对每个采样点的油、气、水三相饱和度进行插值计算，得到物理模型的三相饱和度分布数据。
[0044]
具体实施例中，例如，根据每个采样点的油、气、水三相饱和度，进行插值计算，生成物理模型的三相饱和度分布场图，以直观地表现物理模型中油、气、水三相饱和度的分布情况。
[0045]
进一步地，按照预设采样时间间隔，执行图4所示的油、气、水三相饱和度确定方法，得到每个采样时刻下的物理模型的三相饱和度分布数据。另一具体实施例提供的油、气、水三相饱和度确定方法，还包括：按照采样时刻的时间顺序，将每个采样时刻下的物理模型的三相饱和度分布数据进行串联，得到物理模型的油、气、水饱和度分布动态变化。例如，按照时间先后顺序将物理模型的三相饱和度分布场图串联在一起生成油气水饱和度分布动态图像，更加清晰地描述水驱或气驱过程，跟踪驱替前缘，确定剩余油分布情况；还可与物理模型的油藏数值模拟结果进行对比，用以验证数值模拟模型的合理性和可靠性。
[0046]
可以理解的是，上述公式仅为示例，实施时可以对该公式进行变形，或采用其它公式或方法，本领域技术人员可以理解，变形后的这些公式或方法均落入本发明的保护范围，实施例中不再赘述。
[0047]
下面给出一具体实例说明本发明实施例如何进行油、气、水三相饱和度确定。本例以一维岩心模型气驱物理模拟实验为例。
[0048]
布置超声波探头：超声波探头成对布置，每对探头的连线与流体注入方向垂直，沿注采方向布置。
[0049]
标定超声波参数：在实验准备阶段，在实验温度(例如20℃)、压力条件(例如3mpa)下，对超声波在实验所用的特定油、气、水中的传播速度、声波幅值及衰减系数进行标定，具体测试方法这里不再赘述。
[0050]
超声波数据采集：实验过程中按照一定时间间隔，采集超声波穿过物理模型中每个采样点的首波时刻和声波幅值，这样就获取了不同采样时刻下每个采样点位置处的声波
时差及声波幅值衰竭特征，为三相饱和度计算提供数据基础。
[0051]
油、气、水三相饱和度计算：
[0052]
其中，物理模型上单个超声波探头截面构成如图5所示，岩心物理模型由石英砂构成，利用橡胶或环氧树脂封装。
[0053]
超声波首波时刻与油、气、水三相饱和度关联关系，为：
[0054][0055]
其中，t代表每个采样点的超声波首波时刻，实际测试得到，μs；so代表每个采样点的含油饱和度；sg代表每个采样点的含气饱和度；sw代表每个采样点的含水饱和度；d代表物理模型中的岩心厚度，已知量，m；φ代表物理模型中的岩石孔隙度，已知量，％；vo代表超声波在原油中的传播速度，已知量，m/s；vg代表超声波在注入气中的传播速度，已知量，m/s；vw代表超声波在地层水中的传播速度，已知量，m/s；vr代表超声波在岩石中的传播速度，已知量，m/s。
[0056]
超声波幅值与油、气、水三相饱和度关联关系，为：
[0057][0058]
其中，a代表n时刻下每个采样点的超声波幅值，实际测试得到，μm或mm；a0代表初始时刻每个采样点的初始时刻的超声波幅值，已知量，μm或mm；so代表每个采样点的含油饱和度；sg代表每个采样点的含气饱和度；sw代表每个采样点的含水饱和度；αr代表超声波在岩石中的衰减系数，已知量，np/m；αo代表超声波在原油中的衰减系数，已知量，np/m；αw代表超声波在地层水中的衰减系数，已知量，np/m；αg超声波在注入气中的衰减系数，已知量，np/m。
[0059]
含油饱和度、含气饱和度和含水饱和度的关联关系，为：
[0060]
so sg sw＝1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0061]
其中，so代表每个采样点的含油饱和度，未知量，％；sg代表每个采样点的含气饱和度，未知量，％；sw代表每个采样点的含水饱和度，未知量，％。
[0062]
假设岩心物理模型孔隙中含油、气、水三相，利用不同采样时刻的超声波首波时刻和声波幅值，可应用上述公式(1)、(2)、(3)计算得到每一采样时刻下，超声波发生和接收探头间岩心孔隙内的油、气、水三相饱和度值。
[0063]
实验完成后计算得到了，不同时刻所有超声波探头位置(即采样点处)垂向孔隙内的油、气、水三相饱和度，将同一时刻的不同采样点的三相饱和度插值计算，生成该时刻下的三相饱和度分布场图，再按照时间先后顺序将场图串联在一起，生成油、气、水饱和度分布动态图像，更加清晰地描述水驱或气驱过程，跟踪驱替前缘，确定剩余油分布情况，也可与油藏数值模拟结果进行对比，验证数值模型的合理性和可靠性。
[0064]
上述具体应用的实施仅为举例，其余实施方式不再一一赘述。
[0065]
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种油、气、水三相饱和度确定装置，由于所解决问题的原理与油、气、水三相饱和度确定方法相似，因此油、气、水三相饱和度确定装置的实施可以参见油、气、水三相饱和度确定方法的实施，重复之处不再赘述，具体结构如图6所示：
[0066]
采样模块601，用于获取超声波穿过物理模型中每个采样点的超声波首波时间和超声波幅值；
[0067]
饱和度确定模块602，用于根据每个采样点的超声波首波时刻和每个采样点的超声波幅值，基于超声波首波时刻与油、气、水三相饱和度关联关系以及超声波幅值与油、气、水三相饱和度关联关系，确定每个采样点的油、气、水三相饱和度。
[0068]
具体实施例中，饱和度确定模块602具体用于：
[0069]
将每个采样点的超声波首波时刻、每个采样点的超声波幅值以及标定后的超声波传播速度、超声波的声波幅值和衰减系数，代入超声波首波时刻与油、气、水三相饱和度关联关系以及超声波幅值与油、气、水三相饱和度关联关系，结合含油饱和度、含气饱和度和含水饱和度的关联关系，得到每个采样点的油、气、水三相饱和度。
[0070]
本发明具体实施例中，还提供一种油、气、水三相饱和度确定装置，结构如图7所示，在图6的基础上，还包括：
[0071]
饱和度分布确定模块701，用于对每个采样点的油、气、水三相饱和度进行插值计算，得到物理模型的三相饱和度分布数据。
[0072]
本发明另一具体实施例中，在图7所示的油、气、水三相饱和度确定装置的基础上，还包括：
[0073]
触发模块，用于按照预设采样时间间隔，在每一采样时刻下触发图7中的采样模块601、饱和度确定模块602和饱和度分布确定模块701，得到每个采样时刻下的物理模型的三相饱和度分布数据；
[0074]
饱和度动态变化确定模块，用于：按照采样时刻的时间顺序，将每个采样时刻下的物理模型的三相饱和度分布数据进行串联，得到物理模型的油、气、水饱和度分布动态变化。
[0075]
本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述油、气、水三相饱和度确定方法。
[0076]
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，存储有执行上述油、气、水三相饱和度确定方法的计算机程序。
[0077]
综上所述，本发明实施例提供的油、气、水三相饱和度确定方法及装置具有如下优点：
[0078]
通过获取超声波穿过物理模型中每个采样点的超声波首波时刻和超声波幅值；根据每个采样点的超声波首波时刻和每个采样点的超声波幅值，基于超声波首波时刻与油、气、水三相饱和度关联关系以及超声波幅值与油、气、水三相饱和度关联关系，确定每个采样点的油、气、水三相饱和度。相较于现有技术，利用超声波在任何介质中都可以传播的特性，基于超声波穿过物理模型不同介质下的采样点时的超声波首波时刻不同，以及超声波穿过物理模型不同介质下的采样点时的超声波幅值的衰减特征，判断并确定物理模型中每个采样点的油、气、水三相饱和度，从而精确确定物理模型的油、气、水三相饱和度。从而实现了气驱物理模拟实验中对气相饱和度的精确计算；还可用于监测物理模型中水驱和气驱前缘及剩余油分布状态，进而为气窜机理研究和扩大波及体积方法的研制提供有力的证据。
[0079]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0080]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0081]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0082]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0083]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。