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：對巖心進行加持的巖心夾持裝置、從巖心的軸向對其端面施加圍壓的油壓泵、向巖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、采集巖心加持裝置氣體壓力的壓力采集系統、以及通過對實驗測量的壓力隨時間變化的數據點進行擬合，并計算得到測試巖心徑向的滲透率的數據分析系統。
【專利說明】測定致密巖心徑向滲透率的裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明主要應用于地質勘探和油氣田開發(fā)領域，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】
[0002] 巖石是一種具有復雜的孔隙結構多孔介質，石油與天然氣等流體在其中的運移特 性是石油領域關注的焦點，而滲透率是表征流體在巖石中運移能力最關鍵的物理參數。隨 著非常規(guī)油氣藏逐漸成為我國主要氣藏來源，致密巖心滲透率的測量在油氣田開發(fā)領域異 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移研究 的難點，實驗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，當流量達到穩(wěn)定后，根據達西定律k = Q μ ?ν( Λ PA) 計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，因為流體的流動速度過慢 時，會導致最終流量很難達到穩(wěn)定狀態(tài)，使得測定的準確性大打折扣。而即使最終能穩(wěn)定， 也需要很長的時間，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系數測量的發(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很小的正弦脈沖壓力波，接著記錄下游的 壓力信號，根據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，但是其存在兩個明顯的缺點：一是數據采集量大，對儀器要求 高，導致測量成本增加；二是對測得的壓力波衰減和相移的后處理比較復雜，導致測量結果 精度低。所以這種測致密巖心滲透率的方法在現場應用較少。
[0006] 壓力脈沖方法是現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，在其上游加一個壓力脈沖，造成巖心上下游出現壓力差，隨氣 體的流動，記錄上下游的壓力變化，利用上下游壓力差與時間的對數成線性關系，求得巖心 的滲透率。這種常規(guī)的壓力脈沖方法的缺點在于：首先測量過程需要多個精度較高的壓力 傳感器，致使儀器復雜，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確，會極大的影響結果的準確性；最 后，常規(guī)壓力脈沖方法為了達到測量的精確，需要同時控制巖心上下游的體積比，這導致在 實際操作時容易產生較大測量誤差而且實際操作也非常麻煩。
【發(fā)明內容】
[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，實現了精確 測量致密巖心滲透率的目的。
[0008] 為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案予以實現：
[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，用于從巖心的軸向對其端面 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，所述壓力控制系統控制所有閥門的開閉，通過增壓泵和中間容器 對系統的脈沖壓力和初始飽和壓力進行控制，通過油壓泵對巖心夾持裝置軸向的圍壓大小 進行控制；
[0015] 壓力采集系統，所述壓力采集系統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行采集處 理，將壓力信號轉換為電信號，傳輸至數據分析系統；
[0016] 數據分析系統，所述數據分析系統記錄壓力隨時間的變化，通過對實驗測量的壓 力隨時間變化的數據點進行擬合，并計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置于恒溫箱內。
[0018] 進一步的，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] 基于上述裝置的設計，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端面加圍壓P。，其大小比根據實驗需求設定的初 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初始狀態(tài)達到平衡的壓力；
[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，立即關閉第三閥門，并關閉第一閥門；同時，數據分析系統通過壓力采集系統開始 記錄巖心夾持裝置密閉空間的壓力隨時間的變化；
[0024] 5)待壓力達到平衡后，此時的平衡壓力為1^，結束實驗，對測量的壓力隨時間變 化的數據點進行擬合，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到測試溫度T的步驟。
[0026] 進一步的，步驟5)中，對測量的壓力隨時間變化的數據點進行擬合得到，p(t)=
[0027] 利用
【權利要求】
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，用于從巖心的軸向對其端面施加 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，所述壓力控制系統控制所有閥門的開閉，通過增壓泵和中間容器對系 統的脈沖壓力和初始飽和壓力進行控制，通過油壓泵對巖心夾持裝置軸向的圍壓大小進行 控制； 壓力采集系統，所述壓力采集系統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行采集處理，將 壓力信號轉換為電信號，傳輸至數據分析系統； 數據分析系統，所述數據分析系統記錄壓力隨時間的變化，通過對實驗測量的壓力隨 時間變化的數據點進行擬合，并計算得到測試巖心徑向的滲透率。
2. 根據權利要求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置于恒溫箱內。
3. 根據權利要求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端面加圍壓P。，其大小比根據實驗需求設定的初始飽 和壓力Ps高2-3MPa，初始飽和壓力Ps是指巖心夾持裝置內初始狀態(tài)達到平衡的壓力； 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， 立即關閉第三閥門，并關閉第一閥門；同時，數據分析系統通過壓力采集系統開始記錄巖心 夾持裝置密閉空間的壓力隨時間的變化； 5) 待壓力達到平衡后，此時的平衡壓力為結束實驗，對測量的壓力隨時間變化的 數據點進行擬合，得到測試巖心徑向的滲透率。
5. 根據權利要求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到測試溫度T的步驟。
6. 根據權利要求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，對測量的壓力隨時間變化的數據點進行擬合得到，p(t) = ，得到ξ、γ 和Pe" 利用4 = -?ΤΤ = κ"八，計算得到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J〇(ι?) = 0的最小正根，其大小由巖心半徑決定，單位為，πΓ1 ; Φ為巖心的孔隙度； κ φ為濃度傳導系數，指氣體分子在巖心孔隙中濃度的傳遞快慢，單位為m2/S ; 通過濃度傳導系數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的量，單位為kg/mol ; μ為測試氣體粘度，單位為Pa · s ; z為真實氣體壓縮因子，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8. 314,單位為X/(mol · K); T為測試溫度，單位為K。
【文檔編號】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
專業(yè)數控銑床產品供應商
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