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测定致密岩心径向渗透率的装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种测定致密岩心径向渗透率的装置及方法，装置包括：对岩心进行加持的岩心夹持装置、从岩心的轴向对其端面施加围压的油压泵、向岩心加持装置施加气体压力的增压泵和中间容器、控制装置压力的压力控制系统、采集岩心加持装置气体压力的压力采集系统、以及通过对实验测量的压力随时间变化的数据点进行拟合，并计算得到测试岩心径向的渗透率的数据分析系统。
【专利说明】测定致密岩心径向渗透率的装置及方法

【技术领域】
[0001] 本发明主要应用于地质勘探和油气田开发领域，具体涉及到一种致密岩心中低径 向渗透率的装置和测试方法。

【背景技术】
[0002] 岩石是一种具有复杂的孔隙结构多孔介质，石油与天然气等流体在其中的运移特 性是石油领域关注的焦点，而渗透率是表征流体在岩石中运移能力最关键的物理参数。随 着非常规油气藏逐渐成为我国主要气藏来源，致密岩心渗透率的测量在油气田开发领域异 常重要。
[0003] 致密岩心，由于孔隙小，渗透率非常低，而岩石超低渗透率的测量是油气运移研究 的难点，实验室对渗透率的测量最常用的方法有稳态测试法、振荡法和压力脉冲法。
[0004] 稳态方法是最基本的测量岩心渗透率的方法，其测量过程是在岩心上下游加一压 力差Λ P，在下游测量流出流体的流量，当流量达到稳定后，根据达西定律k = Q μ ?ν( Λ PA) 计算得到岩心的渗透率。但这种方法不适用于低渗透率的岩心，因为流体的流动速度过慢 时，会导致最终流量很难达到稳定状态，使得测定的准确性大打折扣。而即使最终能稳定， 也需要很长的时间，测量效率非常低下，所以这种方法比较适合测量高渗透率的岩心。
[0005] 振荡法测渗透率是从水力传导系数测量的发展而来，其测量过程是先将岩心饱和 一定孔隙压力的气体，接着在岩心的上游加一个很小的正弦脉冲压力波，接着记录下游的 压力信号，根据下游的正弦压力波衰减和相移情况推算出岩心的渗透率。虽然这种方法能 测量低渗透率岩心的渗透率，但是其存在两个明显的缺点：一是数据采集量大，对仪器要求 高，导致测量成本增加；二是对测得的压力波衰减和相移的后处理比较复杂，导致测量结果 精度低。所以这种测致密岩心渗透率的方法在现场应用较少。
[0006] 压力脉冲方法是现在最广泛使用的测量低渗透岩心的方法，其测量过程是先将岩 心饱和一定孔隙压力的气体，在其上游加一个压力脉冲，造成岩心上下游出现压力差，随气 体的流动，记录上下游的压力变化，利用上下游压力差与时间的对数成线性关系，求得岩心 的渗透率。这种常规的压力脉冲方法的缺点在于：首先测量过程需要多个精度较高的压力 传感器，致使仪器复杂，仪器成本较高；其次，常规的压力脉冲方法需要先知道岩心的孔隙 度，才能求出渗透率的大小，所以孔隙度如果测量不准确，会极大的影响结果的准确性；最 后，常规压力脉冲方法为了达到测量的精确，需要同时控制岩心上下游的体积比，这导致在 实际操作时容易产生较大测量误差而且实际操作也非常麻烦。


【发明内容】

[0007] 本发明的目的在于提供一种测定致密岩心径向渗透率的装置及方法，实现了精确 测量致密岩心渗透率的目的。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
[0009] 一种测定致密岩心径向渗透率的装置，所述装置包括：
[0010] 岩心夹持装置，所述岩心夹持装置包括夹持端和位于夹持端之间的密闭空间；
[0011] 油压泵，所述油压泵与岩心夹持装置的夹持端相接，用于从岩心的轴向对其端面 施加围压；
[0012] 中间容器，所述中间容器通过第二阀门、第三阀门与岩心夹持装置的密闭空间相 接；
[0013] 增压泵，所述增压泵通过第一阀门与中间容器相接；
[0014] 压力控制系统，所述压力控制系统控制所有阀门的开闭，通过增压泵和中间容器 对系统的脉冲压力和初始饱和压力进行控制，通过油压泵对岩心夹持装置轴向的围压大小 进行控制；
[0015] 压力采集系统，所述压力采集系统包括与岩心夹持装置之间的密闭空间通过第二 阀门相接的压力传感器，通过压力传感器对岩心夹持装置密闭空间压力变化进行采集处 理，将压力信号转换为电信号，传输至数据分析系统；
[0016] 数据分析系统，所述数据分析系统记录压力随时间的变化，通过对实验测量的压 力随时间变化的数据点进行拟合，并计算得到测试岩心径向的渗透率。
[0017] 优选的，岩心夹持装置和中间容器设置于恒温箱内。
[0018] 进一步的，装置包括抽真空装置，所述抽真空装置通过第四阀门与所述装置相接。
[0019] 基于上述装置的设计，本发明还提出了一种测定致密岩心径向渗透率的方法，包 括如下步骤：
[0020] 1)装填样品，将测试岩心的两端通过岩心夹持装置的夹持端夹持，检测装置是否 漏气，并抽真空；
[0021] 2)通过油压泵对测试岩心的两个端面加围压P。，其大小比根据实验需求设定的初 始饱和压力P s高2_3MPa，初始饱和压力Ps是指岩心夹持装置内初始状态达到平衡的压力；
[0022] 3)打开所有阀门，向中间容器和岩心夹持装置中先加入一定压力的测试气体，通 过增压泵5对系统加压到初始饱和压力P s ;
[0023] 4)对中间容器的测试气体加一脉冲压力Pp，脉冲压力Pp比初始饱和压力P s高 l-2MPa，立即关闭第三阀门，并关闭第一阀门；同时，数据分析系统通过压力采集系统开始 记录岩心夹持装置密闭空间的压力随时间的变化；
[0024] 5)待压力达到平衡后，此时的平衡压力为1^，结束实验，对测量的压力随时间变 化的数据点进行拟合，得到测试岩心径向的渗透率。
[0025] 优选的，步骤1)中，抽真空后还包括将恒温箱调到测试温度T的步骤。
[0026] 进一步的，步骤5)中，对测量的压力随时间变化的数据点进行拟合得到，p(t)=
[0027] 利用

【权利要求】
1. 一种测定致密岩心径向渗透率的装置，所述装置包括： 岩心夹持装置，所述岩心夹持装置包括夹持端和位于夹持端之间的密闭空间； 油压泵，所述油压泵与岩心夹持装置的夹持端相接，用于从岩心的轴向对其端面施加 围压； 中间容器，所述中间容器通过第二阀门、第三阀门与岩心夹持装置的密闭空间相接； 增压泵，所述增压泵通过第一阀门与中间容器相接； 压力控制系统，所述压力控制系统控制所有阀门的开闭，通过增压泵和中间容器对系 统的脉冲压力和初始饱和压力进行控制，通过油压泵对岩心夹持装置轴向的围压大小进行 控制； 压力采集系统，所述压力采集系统包括与岩心夹持装置之间的密闭空间通过第二阀门 相接的压力传感器，通过压力传感器对岩心夹持装置密闭空间压力变化进行采集处理，将 压力信号转换为电信号，传输至数据分析系统； 数据分析系统，所述数据分析系统记录压力随时间的变化，通过对实验测量的压力随 时间变化的数据点进行拟合，并计算得到测试岩心径向的渗透率。
2. 根据权利要求1所述的测定致密岩心径向渗透率的装置，其特征在于：所述岩心夹 持装置和中间容器设置于恒温箱内。
3. 根据权利要求1或2所述的测定致密岩心径向渗透率的装置，其特征在于：所述装 置包括抽真空装置，所述抽真空装置通过第四阀门与所述装置相接。
4. 一种测定致密岩心径向渗透率的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤： 1) 装填样品，将测试岩心的两端通过岩心夹持装置的夹持端夹持，检测装置是否漏气， 并抽真空； 2) 通过油压泵对测试岩心的两个端面加围压P。，其大小比根据实验需求设定的初始饱 和压力Ps高2-3MPa，初始饱和压力Ps是指岩心夹持装置内初始状态达到平衡的压力； 3) 打开所有阀门，向中间容器和岩心夹持装置中先加入一定压力的测试气体，通过增 压泵5对系统加压到初始饱和压力Ps ; 4) 对中间容器的测试气体加一脉冲压力Pp，脉冲压力Pp比初始饱和压力Ps高l_2MPa， 立即关闭第三阀门，并关闭第一阀门；同时，数据分析系统通过压力采集系统开始记录岩心 夹持装置密闭空间的压力随时间的变化； 5) 待压力达到平衡后，此时的平衡压力为结束实验，对测量的压力随时间变化的 数据点进行拟合，得到测试岩心径向的渗透率。
5. 根据权利要求4所述的测定致密岩心径向渗透率的方法，其特征在于：所述步骤1) 中，抽真空后还包括将恒温箱调到测试温度T的步骤。
6. 根据权利要求4或5所述的测定致密岩心径向渗透率的方法，其特征在于：所述步 骤5中，对测量的压力随时间变化的数据点进行拟合得到，p(t) = ，得到ξ、γ 和Pe" 利用4 = -?ΤΤ = κ"八，计算得到κ Φ和φ ; ?1 (K ~ro ) 其中，Pm为平衡压力，单位为Pa; Ps为岩心孔隙初始饱和压力，单位为Pa ; rt为岩心夹持装置的半径，单位为m ; A为岩心的半径，单位为m ; at为贝塞尔函数J〇(ι?) = 0的最小正根，其大小由岩心半径决定，单位为，πΓ1 ; Φ为岩心的孔隙度； κ φ为浓度传导系数，指气体分子在岩心孔隙中浓度的传递快慢，单位为m2/S ; 通过浓度传导系数κ $和孔隙度φ即可求得岩心径向渗透率k的大小： k = ^l zpRT 其中，k为岩心径向渗透率，单位为m2 ; Μ为测试气体的相对物质的量，单位为kg/mol ; μ为测试气体粘度，单位为Pa · s ; z为真实气体压缩因子，单位为m3/m3 ; P为测试气体的密度，单位为kg/m3; R为气体常数8. 314,单位为X/(mol · K); T为测试温度，单位为K。
【文档编号】G01N15/08GK104237099SQ201410438118
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】董明哲, 杨泽皓, 宫厚健, 李亚军, 张少杰, 徐龙, 朱腾 申请人:中国石油大学