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石油工程實習 (99 學年度 )

滲透率實驗

授課教師：謝秉志 助理教授助教：劉政典

2010.11.15

背景及目的

• 地層中的滲透率影響油氣的生產，若地層滲透率過小，油氣生產速度較慢，可能會沒有經濟效益，因此在評估油氣層時，地層的滲透率是很重要的考慮因素。

• 本實驗主要目的是利用氣體滲透率儀，經由實驗得到氣體流率及壓力資料推求樣品之滲透率。

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理論基礎• 法國人 Henri Darcy(1856) 以實驗方法，測出流體在孔隙介

質的流率是正比於其壓力差，他透過資料的蒐集及進行一系列水垂直流過砂箱 ( 礫石填充的箱子 ) 的實驗而得到。然後，利用基本的物理學定理，驗證達西定律在各方向流動的適用性。

k= Permeability (Darcies)(1.02*10-8cm2)

μ= Viscosity (centipoise)(0.001 kg/m ． sec)

Q= Flow Rate (cc/sec)

L= Length of Flow (cm)

A=Cross-sectional Area of Flow (cm2)

P1=Upstream Pressure, atmospheres

P2=Downstream Pressure, atmospheres

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Darcy’s Law

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A

Q

p

Lk

dp

dl

A

Qk

dl

dpk

A

Q

v

QA

dp

dl

理論基礎

A

k = Permeability (Darcies);μ = Viscosity (centipoise);Q= Flow Rate (cc/sec);L= Length of Flow (cm);A=Cross-sectional Area of Flow (cm2);p=Pressure (atm) ;v = Darcian Velocity(Q/A) ;pu=Upstream Pressure, atmospheres;pd=Downstream Pressure, atmospheres

uQ

Darcy’s Law：

L

ppk

A

Qv ud

)(

u d

理論基礎

• 達西定律只在於低流率時適用，是當 Forchheimer Equation第二項為零時的一個特別例子。 (Brinkman Forchheimer)

• 通常，達西流稱為穩流，而其它的流動為非穩流。

=Pressure Drop Across Sample

k = Permeability (Darcies)

μ = Viscosity (centipoise)

v = Darcian Velocity (Q/A).

β = Forchhiemer Factor

ρ = Density (gm/cc)

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Forchhiemer Equation Darcy’s Law

實驗儀器

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氣體滲透率儀(PERG-200TM)

溫度計

岩心筒

與氮氣連接

上游壓力 Upstream Pressure (psig)

氣體流率 Gas flow rate(cc/min)

實驗儀器 - 氣體滲透率儀

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上游壓力 Upstream Pressure (psig)

氣體流率 Gas flow rate(cc/min)

調節閥（ regulator ）

Core holder inlet

Core holder outlet

V1( 控制是否讓氮氣流通 )

PERG-200 滲透率儀是手動操作的氣體滲透儀，結合數位科技，經計算後得到精確的滲透率值。

註 : 本儀器最高

上游壓力為25psig ，勿超過。

實驗儀器 - 岩心筒

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Core holder inlet

Core holder outlet

岩心放置處

氣體由此流出岩心室

氣體由此流入岩心室

樣品室蓋

橡膠圈Body

• Fancher core holder可使所需的氣體壓力減到最低。裡面所提供的橡膠圈，及樣品室蓋，可讓氣體充分通過樣品。

轉盤 ( 鎖緊樣品室用 )

螺旋 ( 鎖緊樣品室用 )

轉盤 ( 鎖緊樣品室用 )

實驗儀器 - 氮氣瓶

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氮氣由此流出

使用壓力計（流出的氮氣壓力）

氮氣壓力流量調整器

不鏽鋼瓶

氮氣瓶閥門

調整器

總壓力計（氮氣瓶內的壓力）

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操作方法

（ 1 ）量取樣品長度 (L) 及截面積 (A) ，並記錄之。然後將樣品放進橡膠圈套中，再放入岩心室並將岩心蓋關緊。

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操作方法

（ 2 ）氮氣瓶與滲透率儀以管線連接，再將滲透率儀與岩心筒以管線相連，其中間連接溫度計。

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操作方法

（ 3 ）調整滲透率儀，將流率計及壓力計歸零 ( 中間的按鈕 TARE) 。

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操作方法

（ 4 ）打開氮氣瓶開關，緩慢調整壓力調節器，讓氮氣小量穩定輸出。( 滲透率儀上的壓力計不要超過 0.5psig) 壓力計在滲透率儀的右側面板。

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操作方法

（ 5 ）讀取溫度計溫度 (T) ，此為氮氣溫度， 用來計算氮氣黏滯度。（ 6 ）固定壓力計上讀值 (pu) ，觀察流率計讀值讓流率 (Q) 慢慢達到一

定值，記錄下壓力 (pu) 與流率 (Q) 資料。（ 7 ）重複步驟（ 6 ） 調整壓力 (pu) ， 再做兩組資料。

計算滲透率

• 由溫度 (T)利用左圖查表得到 μ 值。

• 將實驗資料 Q 、 L 、 A 、 △ p 或 (pu) ，帶入以下公式，求得樣品滲透率。

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範例計算

• 1. 測試條件：使用氣體（氮氣， N2）• 2.試驗所得數據：

– （ 1 ）流量計讀數： 30 cc/min

– （ 2 ）壓力表讀數： 0.25 psig

– （ 3 ）岩心直徑： 2 cm

– （ 4 ）岩心長度： 2 cm

– （ 5 ）溫度計讀值： 20 ℃– （ 6 ）由右圖得黏滯度： 0.01748cp

20 ℃

0.01748 cp

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計算過程

)(327)(327.0

)(327.0017.0*14.3

25.001748.0

14.32

214.3

0.017atm0.25psigp ,01748.0 ,sec/5.0m/30

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2

mdDarcyk

DarcypA

qLk

cmrA

cpccinccq

以及

實習位置及時間

• 分組 : 雲平大樓東棟 8F– 上課時間 依分組– 1,5 2,6 3,7 4,8– 8:30 9:00 9:30 10:00

• 大班 : 大二教室 – 上課時間 8:30

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