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測定致密巖心徑向滲透率的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種測定致密巖心徑向滲透率的裝置及方法，裝置包括：對巖心進(jìn)行加持的巖心夾持裝置、從巖心的軸向?qū)ζ涠嗣媸┘訃鷫旱挠蛪罕谩⑾驇r心加持裝置施加氣體壓力的增壓泵和中間容器、控制裝置壓力的壓力控制系統(tǒng)、采集巖心加持裝置氣體壓力的壓力采集系統(tǒng)、以及通過對實(shí)驗(yàn)測量的壓力隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合，并計(jì)算得到測試巖心徑向的滲透率的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。
【專利說明】測定致密巖心徑向滲透率的裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明主要應(yīng)用于地質(zhì)勘探和油氣田開發(fā)領(lǐng)域，具體涉及到一種致密巖心中低徑 向滲透率的裝置和測試方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 巖石是一種具有復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)多孔介質(zhì)，石油與天然氣等流體在其中的運(yùn)移特 性是石油領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)，而滲透率是表征流體在巖石中運(yùn)移能力最關(guān)鍵的物理參數(shù)。隨 著非常規(guī)油氣藏逐漸成為我國主要?dú)獠貋碓矗旅軒r心滲透率的測量在油氣田開發(fā)領(lǐng)域異 常重要。
[0003] 致密巖心，由于孔隙小，滲透率非常低，而巖石超低滲透率的測量是油氣運(yùn)移研究 的難點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)室對滲透率的測量最常用的方法有穩(wěn)態(tài)測試法、振蕩法和壓力脈沖法。
[0004] 穩(wěn)態(tài)方法是最基本的測量巖心滲透率的方法，其測量過程是在巖心上下游加一壓 力差Λ P，在下游測量流出流體的流量，當(dāng)流量達(dá)到穩(wěn)定后，根據(jù)達(dá)西定律k = Q μ ?ν( Λ PA) 計(jì)算得到巖心的滲透率。但這種方法不適用于低滲透率的巖心，因?yàn)榱黧w的流動(dòng)速度過慢 時(shí)，會(huì)導(dǎo)致最終流量很難達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，使得測定的準(zhǔn)確性大打折扣。而即使最終能穩(wěn)定， 也需要很長的時(shí)間，測量效率非常低下，所以這種方法比較適合測量高滲透率的巖心。
[0005] 振蕩法測滲透率是從水力傳導(dǎo)系數(shù)測量的發(fā)展而來，其測量過程是先將巖心飽和 一定孔隙壓力的氣體，接著在巖心的上游加一個(gè)很小的正弦脈沖壓力波，接著記錄下游的 壓力信號(hào)，根據(jù)下游的正弦壓力波衰減和相移情況推算出巖心的滲透率。雖然這種方法能 測量低滲透率巖心的滲透率，但是其存在兩個(gè)明顯的缺點(diǎn)：一是數(shù)據(jù)采集量大，對儀器要求 高，導(dǎo)致測量成本增加；二是對測得的壓力波衰減和相移的后處理比較復(fù)雜，導(dǎo)致測量結(jié)果 精度低。所以這種測致密巖心滲透率的方法在現(xiàn)場應(yīng)用較少。
[0006] 壓力脈沖方法是現(xiàn)在最廣泛使用的測量低滲透巖心的方法，其測量過程是先將巖 心飽和一定孔隙壓力的氣體，在其上游加一個(gè)壓力脈沖，造成巖心上下游出現(xiàn)壓力差，隨氣 體的流動(dòng)，記錄上下游的壓力變化，利用上下游壓力差與時(shí)間的對數(shù)成線性關(guān)系，求得巖心 的滲透率。這種常規(guī)的壓力脈沖方法的缺點(diǎn)在于：首先測量過程需要多個(gè)精度較高的壓力 傳感器，致使儀器復(fù)雜，儀器成本較高；其次，常規(guī)的壓力脈沖方法需要先知道巖心的孔隙 度，才能求出滲透率的大小，所以孔隙度如果測量不準(zhǔn)確，會(huì)極大的影響結(jié)果的準(zhǔn)確性；最 后，常規(guī)壓力脈沖方法為了達(dá)到測量的精確，需要同時(shí)控制巖心上下游的體積比，這導(dǎo)致在 實(shí)際操作時(shí)容易產(chǎn)生較大測量誤差而且實(shí)際操作也非常麻煩。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種測定致密巖心徑向滲透率的裝置及方法，實(shí)現(xiàn)了精確 測量致密巖心滲透率的目的。
[0008] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
[0009] 一種測定致密巖心徑向滲透率的裝置，所述裝置包括：
[0010] 巖心夾持裝置，所述巖心夾持裝置包括夾持端和位于夾持端之間的密閉空間；
[0011] 油壓泵，所述油壓泵與巖心夾持裝置的夾持端相接，用于從巖心的軸向?qū)ζ涠嗣?施加圍壓；
[0012] 中間容器，所述中間容器通過第二閥門、第三閥門與巖心夾持裝置的密閉空間相 接；
[0013] 增壓泵，所述增壓泵通過第一閥門與中間容器相接；
[0014] 壓力控制系統(tǒng)，所述壓力控制系統(tǒng)控制所有閥門的開閉，通過增壓泵和中間容器 對系統(tǒng)的脈沖壓力和初始飽和壓力進(jìn)行控制，通過油壓泵對巖心夾持裝置軸向的圍壓大小 進(jìn)行控制；
[0015] 壓力采集系統(tǒng)，所述壓力采集系統(tǒng)包括與巖心夾持裝置之間的密閉空間通過第二 閥門相接的壓力傳感器，通過壓力傳感器對巖心夾持裝置密閉空間壓力變化進(jìn)行采集處 理，將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳輸至數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；
[0016] 數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)記錄壓力隨時(shí)間的變化，通過對實(shí)驗(yàn)測量的壓 力隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合，并計(jì)算得到測試巖心徑向的滲透率。
[0017] 優(yōu)選的，巖心夾持裝置和中間容器設(shè)置于恒溫箱內(nèi)。
[0018] 進(jìn)一步的，裝置包括抽真空裝置，所述抽真空裝置通過第四閥門與所述裝置相接。
[0019] 基于上述裝置的設(shè)計(jì)，本發(fā)明還提出了一種測定致密巖心徑向滲透率的方法，包 括如下步驟：
[0020] 1)裝填樣品，將測試巖心的兩端通過巖心夾持裝置的夾持端夾持，檢測裝置是否 漏氣，并抽真空；
[0021] 2)通過油壓泵對測試巖心的兩個(gè)端面加圍壓P。，其大小比根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求設(shè)定的初 始飽和壓力P s高2_3MPa，初始飽和壓力Ps是指巖心夾持裝置內(nèi)初始狀態(tài)達(dá)到平衡的壓力；
[0022] 3)打開所有閥門，向中間容器和巖心夾持裝置中先加入一定壓力的測試氣體，通 過增壓泵5對系統(tǒng)加壓到初始飽和壓力P s ;
[0023] 4)對中間容器的測試氣體加一脈沖壓力Pp，脈沖壓力Pp比初始飽和壓力P s高 l-2MPa，立即關(guān)閉第三閥門，并關(guān)閉第一閥門；同時(shí)，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)通過壓力采集系統(tǒng)開始 記錄巖心夾持裝置密閉空間的壓力隨時(shí)間的變化；
[0024] 5)待壓力達(dá)到平衡后，此時(shí)的平衡壓力為1^，結(jié)束實(shí)驗(yàn)，對測量的壓力隨時(shí)間變 化的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合，得到測試巖心徑向的滲透率。
[0025] 優(yōu)選的，步驟1)中，抽真空后還包括將恒溫箱調(diào)到測試溫度T的步驟。
[0026] 進(jìn)一步的，步驟5)中，對測量的壓力隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合得到，p(t)=
[0027] 利用

【權(quán)利要求】
1. 一種測定致密巖心徑向滲透率的裝置，所述裝置包括： 巖心夾持裝置，所述巖心夾持裝置包括夾持端和位于夾持端之間的密閉空間； 油壓泵，所述油壓泵與巖心夾持裝置的夾持端相接，用于從巖心的軸向?qū)ζ涠嗣媸┘?圍壓； 中間容器，所述中間容器通過第二閥門、第三閥門與巖心夾持裝置的密閉空間相接； 增壓泵，所述增壓泵通過第一閥門與中間容器相接； 壓力控制系統(tǒng)，所述壓力控制系統(tǒng)控制所有閥門的開閉，通過增壓泵和中間容器對系 統(tǒng)的脈沖壓力和初始飽和壓力進(jìn)行控制，通過油壓泵對巖心夾持裝置軸向的圍壓大小進(jìn)行 控制； 壓力采集系統(tǒng)，所述壓力采集系統(tǒng)包括與巖心夾持裝置之間的密閉空間通過第二閥門 相接的壓力傳感器，通過壓力傳感器對巖心夾持裝置密閉空間壓力變化進(jìn)行采集處理，將 壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳輸至數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)； 數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)記錄壓力隨時(shí)間的變化，通過對實(shí)驗(yàn)測量的壓力隨 時(shí)間變化的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合，并計(jì)算得到測試巖心徑向的滲透率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定致密巖心徑向滲透率的裝置，其特征在于：所述巖心夾 持裝置和中間容器設(shè)置于恒溫箱內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測定致密巖心徑向滲透率的裝置，其特征在于：所述裝 置包括抽真空裝置，所述抽真空裝置通過第四閥門與所述裝置相接。
4. 一種測定致密巖心徑向滲透率的方法，其特征在于：所述方法包括如下步驟： 1) 裝填樣品，將測試巖心的兩端通過巖心夾持裝置的夾持端夾持，檢測裝置是否漏氣， 并抽真空； 2) 通過油壓泵對測試巖心的兩個(gè)端面加圍壓P。，其大小比根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求設(shè)定的初始飽 和壓力Ps高2-3MPa，初始飽和壓力Ps是指巖心夾持裝置內(nèi)初始狀態(tài)達(dá)到平衡的壓力； 3) 打開所有閥門，向中間容器和巖心夾持裝置中先加入一定壓力的測試氣體，通過增 壓泵5對系統(tǒng)加壓到初始飽和壓力Ps ; 4) 對中間容器的測試氣體加一脈沖壓力Pp，脈沖壓力Pp比初始飽和壓力Ps高l_2MPa， 立即關(guān)閉第三閥門，并關(guān)閉第一閥門；同時(shí)，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)通過壓力采集系統(tǒng)開始記錄巖心 夾持裝置密閉空間的壓力隨時(shí)間的變化； 5) 待壓力達(dá)到平衡后，此時(shí)的平衡壓力為結(jié)束實(shí)驗(yàn)，對測量的壓力隨時(shí)間變化的 數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合，得到測試巖心徑向的滲透率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的測定致密巖心徑向滲透率的方法，其特征在于：所述步驟1) 中，抽真空后還包括將恒溫箱調(diào)到測試溫度T的步驟。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的測定致密巖心徑向滲透率的方法，其特征在于：所述步 驟5中，對測量的壓力隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行擬合得到，p(t) = ，得到ξ、γ 和Pe" 利用4 = -?ΤΤ = κ"八，計(jì)算得到κ Φ和φ ; ?1 (K ~ro ) 其中，Pm為平衡壓力，單位為Pa; Ps為巖心孔隙初始飽和壓力，單位為Pa ; rt為巖心夾持裝置的半徑，單位為m ; A為巖心的半徑，單位為m ; at為貝塞爾函數(shù)J〇(ι?) = 0的最小正根，其大小由巖心半徑?jīng)Q定，單位為，πΓ1 ; Φ為巖心的孔隙度； κ φ為濃度傳導(dǎo)系數(shù)，指氣體分子在巖心孔隙中濃度的傳遞快慢，單位為m2/S ; 通過濃度傳導(dǎo)系數(shù)κ $和孔隙度φ即可求得巖心徑向滲透率k的大小： k = ^l zpRT 其中，k為巖心徑向滲透率，單位為m2 ; Μ為測試氣體的相對物質(zhì)的量，單位為kg/mol ; μ為測試氣體粘度，單位為Pa · s ; z為真實(shí)氣體壓縮因子，單位為m3/m3 ; P為測試氣體的密度，單位為kg/m3; R為氣體常數(shù)8. 314,單位為X/(mol · K); T為測試溫度，單位為K。
【文檔編號(hào)】G01N15/08GK104237099SQ201410438118
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】董明哲, 楊澤皓, 宮厚健, 李亞軍, 張少杰, 徐龍, 朱騰 申請人:中國石油大學(xué)