CN102507414A - 地层压力条件下岩心渗透率实验测试方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种地层压力条件下岩心渗透率实验测试方法及其装置，包括：将岩心样品装入岩心夹持器中，并通过高压注射泵对岩心夹持器加围压；调节回压控制器设置在初始回压值；向岩心样品的孔隙内充入气体，待岩心样品的孔隙压力平衡后，停止充气并关闭气源；对岩心样品的渗透率进行测试，并记录渗透率测试结果。该实验不仅模拟了岩心样品在地层中受到上覆岩层压力，还模拟了岩心样品在地层中由旁侧孔隙内流体所施加的原始地层压力，从而完全模拟恢复了该岩心样品在地层中的真实物理状态，使得基于该实验测试方法及装置所测试的岩心样品渗透率更为科学、更为准确。

Description

地层压力条件下岩心渗透率实验测试方法及其装置

技术领域

本发明涉及油气田开发岩心实验分析技术，特别是一种地层压力条件下岩心渗透率实验测试方法及其装置。

背景技术

储层岩心渗透率是气藏资源潜力分析、气井产能评价、开发技术方案制订的关键参数，致密砂岩储层孔喉结构特征复杂，储层渗透率低，采用常规实验测试方法难以获取原始储层条件下的真实渗透率，开发过程中由于孔隙压力下降引起储层渗透率改变，即储层表现出一定应力敏感性，但对于研究这种变化规律的实验测试和分析技术仍很欠缺。

目前进行岩石应力敏感实验测试的仪器较多，成套大型设备如美国Corelab岩心公司的CMS-300、岩石力学测试系统。采用这些方法，其实验过程一般都是通过增加围压模拟上覆岩层压力，测试不同围压下岩心的渗透率，根据渗透率与围压的变化规律建立函数关系，通过函数关系确定净上覆岩压作用下的参数值。如文献：郭平.低渗气藏多次应力敏感测试及应用.西南石油大学学报(自然科学版).2008年4月；文献：肖曾利.低渗砂岩油藏压力敏感性实验研究.钻采工艺.2008年5月。在这些方法中，几乎都是只考虑上覆压力，没有对岩心孔隙中流体原始地层压力进行考虑，更没有对岩心进行应力恢复实验。而且没有真实模拟到地层压力、上覆岩层压力、温度等条件进行测试，所以得出的测试值不能真实代表原始储层条件下的渗透率。而且目前还没有真正建立起开发过程中储层渗透率变化规律的实验测试方法和装置，对开发过程中储层渗透率变化特征尚停留在理论推测和猜想中。因此，不能通过现有实验方法对地层条件岩心渗透率进行科学测试。

发明内容

本发明的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种地层压力条件下岩心渗透率实验测试方法及其装置。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的：

地层压力条件下岩心渗透率实验测试方法，其特征在于，包括：

将岩心样品装入岩心夹持器中，并通过高压注射泵对岩心夹持器加围压；

调节回压控制器设置在初始回压值；

向岩心样品的孔隙内充入气体，待岩心样品的孔隙压力平衡后，停止充气并关闭气源；

对岩心样品的渗透率进行测试，并记录渗透率测试结果。

定量调节回压控制器设置的回压值，释放所述岩心样品的孔隙压力后，对岩心样品的渗透率进行测试，并记录渗透率测试结果。

所述通过高压注射泵对岩心夹持器加的围压等于岩心样品在地层状态下所承受的上覆岩层压力。

所述初始回压值设置为岩心样品在地层状态下所承受的原始地层压力。

所述对岩心样品采用稳态法进行的渗透率测试；所述稳态法是基于达西公式，根据气驱过程中稳定的气流量对岩心的渗透率进行测试的实验方法。

所述对岩心样品的渗透率进行测试中采用定时测试的方法；所述定时测试的方法是每间隔固定长的时间进行一次渗透率测试实验。

所述定量调节回压控制器的回压值，是等差的步进降低回压控制器的回压值。

地层压力条件下岩心渗透率实验测试装置，其特征在于，包括：岩心夹持器、计算机、高压气源、高压注射泵、至少两个压力传感器、阀门、回压控制器和流量计；

所述岩心夹持器，用以夹持岩心样品；该岩心夹持器呈圆筒状，其外层为夹层架构；

所述高压气源，用以提供高压气体；该高压气源一路通过所述高压注射泵与岩心夹持器的外层相连接，用以对岩心夹持器外层注入流体来增加围压；该高压气源另一路通过所述阀门与岩心夹持器的进气口相连接，用以对岩心夹持器所夹岩心样品的孔隙内充入流体；通过该阀门来控制该输气线路的打开或关闭；

在所述岩心夹持器上设置有测压孔，用以装设所述压力传感器；该压力传感器，用以测试岩心样品的孔隙压力；

所述岩心夹持器的出气口依次连接所述回压控制器和和流量计；所述回压控制器，用以控制出气口通道内的流体压力；所述流量计，用以检测由出气口通道流出的流体量；

所述计算机分别与高压注射泵、压力传感器、阀门、回压控制器和流量计相连；通过该计算机分别用以控制高压注射泵对岩心夹持器外层注入流体、阀门的打开或关闭、对回压控制器回压值的设置；以及接收各个压力传感器测试的孔隙压力值和流量计检测的出气口通道流出的流体量。

所述通过高压注射泵对岩心夹持器注入流体施加的围压等于岩心样品在地层状态下所承受的上覆岩层压力。

所述回压控制器设置的初始回压值为岩心样品在地层状态下所承受的原始地层压力。

所述测压孔所述沿岩心夹持器的轴向方向直线等间距布置。

在所述高压气源至岩心夹持器的进气口的输气线路上，还可设置有调压阀；所述调压阀，用以调节该输气线路的输气压力。

在所述岩心夹持器的进气口和出气口处还分别设置有两个压力传感器；该设置于进气口和出气口处的压力传感器分别用以测试岩心夹持器的进气口和出气口处的气流压力，并将所测试的气流压力回传至与之相连的计算机。

通过本发明实施例，该实验不仅通过岩心夹持器模拟了岩心样品在地层中受到上覆岩层压力，还通过设置在岩心夹持器出气口端的回压控制器模拟了岩心样品在地层中由旁侧孔隙内流体所施加的原始地层压力，并恢复该岩心样品本身内部孔隙中的流体压力，从而完全模拟恢复了该岩心样品在地层中的真实物理状态，克服了现有相关测试实验设计的不足，使得基于该实验测试方法及装置所测试的岩心样品渗透率更为科学、更为准确。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为地层压力条件下岩心渗透率实验测试方法流程图；

图2为岩心样品在应力恢复过程中渗透率变化示意图；

图3为地层压力条件下岩心渗透率实验测试装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

针对前述所指出现有技术中存在的问题，本发明除了考虑到对岩心的上覆岩层压力外，还考虑了岩心孔隙中流体原始地层压力，以及在油气开采过程中岩心应力恢复的压力变化等因素，设计了本发明的岩心渗透率实验测试方法。图1为本发明地层压力条件下岩心渗透率实验测试方法流程图。如图1所示，该岩心渗透率实验测试方法包括如下步骤：

1、将岩心样品装入岩心夹持器中，并通过高压注射泵对岩心夹持器加围压。

在将岩心样品装入岩心夹持器之前，需要对岩心样品选型。岩心样品一般为规则的柱塞状，其直径可分为2.5CM、3.8CM、10CM几种，长度为5-100CM。

其中，所述岩心夹持器采用耐高压、高温材料制成，最高可承受70MPa压力，最高可承受温度150℃。该高压注射泵由计算机自动控制对岩心夹持器注入水或气体来实现增加围压，从而使岩心夹持器包裹装入其中的岩心样品。不过，由高压注射泵注入的高压水或气体只能与胶皮套接触，不能与岩心样品表面直接接触。

另外，高压注射泵对岩心夹持器所加围压大小应该等于岩心样品在地层状态下所承受的上覆岩层压力。所谓上覆岩层压力为岩心样品在原所处地层位置所承受的由上覆岩层所施予的压力，其数值可通过岩心样品所处地层深度计算而得。通过岩心夹持器对岩心样品施加与其上覆岩层压力相等的围压，可以模拟岩心样品在地层中受到上覆岩层压力的状态。

2、调节回压控制器设置在初始回压值。

该回压控制器是设置在所述岩心夹持器的出气口端，用以控制该出气口通道内的流体压力。当岩心样品中的孔隙压力高于该回压控制器设置的回压值时，则可以由出气口通道流出，若低于该回压值，则无法流出。通过该回压控制器限制了岩心样品内孔隙压力流出的下限压力。

通过设置该回压控制器，本实验测试模拟了岩心样品在地层中其孔隙内流体所受到的原始地层压力。所谓原始地层压力就是岩心的孔隙内由流体所产生的压力。基于此，所述的初始回压值应设置为岩心样品在地层状态下所承受的原始地层压力。

3、向岩心样品的孔隙内充入气体，待岩心样品的孔隙压力平衡后，停止充气并关闭气源。

这一步骤，通过向岩心样品的孔隙内充入气体，从而模拟岩心样品在地层中其孔隙内充满流体的状态。其中所充气体为由高压气源提供的干燥的空气或者氮气。所述岩心样品的孔隙压力平衡是指岩心样品内各部位孔隙中的气体压力一致。具体来讲，主要是指岩心样品的入气口侧和出气口侧的孔隙气体压力相一致。由于，前述通过调节回压控制器设置在原始地层压力，控制了岩心样品内孔隙压力流出的下限压力。因此，经过此步骤岩心样品的孔隙压力平衡后应稳定在前述原始地层压力。

这样，经过前述步骤1对岩心样品加围压以及步骤2、3对岩心样品的孔隙内充气，模拟了岩心样品在地层中所受到的上覆岩层压力、由旁侧孔隙内流体施加的原始地层压力，并恢复该岩心样品本身内部孔隙中的流体压力，从而完全模拟恢复了该岩心样品在地层中的真实物理状态，为后续进行渗透率实验测试做好了准备。当该岩心样品完全模拟恢复了在地层中的状态后，停止对其充气并关闭气源，以使其保持在地层中的状态，准备进行测试实验。

4、对岩心样品的渗透率进行测试，并记录渗透率测试结果。

现有用以测试岩心渗透率的实验方法有很多，在本实施例中具体采用的是稳态法进行的渗透率测试。所谓稳态法是指基于达西公式

(其中，K为渗透率；Q为实验测试流量；μ为测试介质粘度；L为岩心长度；A为岩心过流截面积；ΔP为驱替压差)，根据气驱过程中稳定的气流量对岩心的渗透率进行测试的实验方法。由于，该稳态法岩心渗透率实验方法为现已成熟的实验测试技术，在此就不再对其做详细介绍。

另外，为了保证实验测试数据的准确性，本发明还采用了定时测试的方法。所谓定时测试的方法是指每间隔固定长的时间进行一次上述渗透率测试实验，获得渗透率测试结果，连续至少两次渗透率测试结果保持一致，则以该渗透率测试结果为该岩心样品的渗透率测试结果。通过该定时测试的方法，可以保证所测得的渗透率是在岩心样品状态稳定的情况下测得的结果，从而保证了实验测试数据的准确性。本实施例中，所述固定长的时间设置为2个小时。当然，该固定长的时间可根据实验需要进行调整，并不应以其具体设置时长限定本发明的保护范围。

通过上述本发明所设计的地层压力条件下岩心渗透率实验测试方法，该实验不仅通过岩心夹持器模拟了岩心样品在地层中受到上覆岩层压力，还通过设置在岩心夹持器出气口端的回压控制器模拟了岩心样品在地层中由旁侧孔隙内流体所施加的原始地层压力，并恢复该岩心样品本身内部孔隙中的流体压力，从而完全模拟恢复了该岩心样品在地层中的真实物理状态，克服了现有相关测试实验设计的不足。因此，基于上述本发明所设计的岩心渗透率实验测试方法可以对地层压力条件下的岩心渗透率进行更为科学的测试，获得更为准确的岩心样品渗透率数值。

另外值得考虑的是，在气藏开发过程中，随着储气不断被开发，储层的孔隙压力也会不断下降。而随着储层的孔隙压力的不断下降，岩心的渗透率也会相应产生变化。而现有相关测试实验中并未见对这一问题的考虑，因此本发明针对这一问题，在上述实验测试方法的基础上还设置有下述步骤：

5、定量调节回压控制器设置的回压值，释放所述岩心样品的孔隙压力，并采用步骤4所述的方法对岩心样品的渗透率进行测试，并记录渗透率测试结果。

所述定量调节回压控制器的回压值，一般为等差的步进降低回压控制器的回压值，从而间隔释放岩心样品孔隙中的压力，以模拟随着储气不断被开发，岩心样品所在储层的孔隙压力不断下降的过程。其中，所述步进调节的压力值可以为2MPa、5MPa等。上述步骤5可以持续循环进行，直至岩心样品的孔隙压力下降至大气压为止。通过上述步骤对回压控制器回压值的不断调整及岩心样品渗透率的测试，最终获得如图2所示的岩心样品在应力恢复过程中渗透率变化示意图。根据该图可以指导在气藏开发过程中对储层渗透率变化的掌握，从而辅助对开发技术方案的制订。

图3为本发明地层压力条件下岩心渗透率实验测试装置结构示意图。上述实验测试方法正是基于该装置实施进行的。如图所示，该岩心渗透率实验测试装置，包括：岩心夹持器CG、计算机PC、高压气源GR、高压注射泵HP-100A、至少两个压力传感器、阀门V1、回压控制器BP和流量计Q。

所述岩心夹持器CG，用以夹持岩心样品。该岩心夹持器CG呈圆筒状，其外层为夹层架构。该夹层可注入水或气体等流体，从而使岩心夹持器可包裹装入其中的岩心样品，对岩心样品施加围压。

所述高压气源GR，用以提供高压气体。该高压气源GR分为两路输出高压气体。一路通过所述高压注射泵HP-100A与岩心夹持器CG的外层相连接，用以对岩心夹持器CG外层注入水或气体等流体来实现增加围压。由于，岩心样品在地层中所受到的上覆岩层压力非常高，往往要高于高压气源GR所提供的气压。因此，这里该高压注射泵HP-100A用以进一步压缩气体，以提供更高压力的气体施加围压。另一路通过所述阀门V1与岩心夹持器CG的进气口相连接，用以对岩心夹持器CG所夹岩心样品的孔隙内充入气体，从而模拟岩心样品在地层中其孔隙内充满流体的状态。通过该阀门V1来控制该输气线路的打开或关闭。

在所述岩心夹持器CG上设置有测压孔，用以装设所述压力传感器。该压力传感器，用以测试岩心样品的孔隙压力。该测压孔通常沿岩心夹持器CG的轴向方向直线等间距布置。这样，就可以均匀的监测到岩心样品从进气口至出气口间各个位置的孔隙压力，从而为衡量岩心样品孔隙压力是否平衡，以及进行岩心样品渗透率测试，提供数据基础。在图3所示的实施例中，在岩心夹持器CG上具体设置了五个测压孔，分别用以装设压力传感器PS1、PS2、PS3、PS4、PS5。

所述岩心夹持器CG的出气口依次连接所述回压控制器BP和和流量计Q。所述回压控制器BP，用以控制出气口通道内的流体压力。当岩心样品中的孔隙压力高于该回压控制器设置的回压值时，则可以由出气口通道流出，若低于该回压值，则无法流出。通过该回压控制器限制了岩心样品内孔隙压力流出的下限压力。所述流量计Q，用以检测由出气口通道流出的流体量。

所述计算机PC分别与高压注射泵HP-100A、压力传感器、阀门V1、回压控制器BP和流量计Q相连。通过该计算机分别用以控制高压注射泵HP-100A对岩心夹持器CG外层注入水或气体等流体、阀门V1的打开或关闭、对回压控制器BP回压值的设置；以及接收各个压力传感器测试的孔隙压力值和流量计检测的出气口通道流出的流体量。

如图3所示，在所述高压气源GR至岩心夹持器CG的进气口的输气线路上，还可设置有调压阀PR。该调压阀PR，用以调节该输气线路的输气压力。

另外，在所述岩心夹持器CG的进气口和出气口处还分别另外设置有压力传感器PS6、PS7。该压力传感器PS6、PS7分别用以测试岩心夹持器CG的进气口和出气口处的气流压力，并将所测试的气流压力回传至与之相连的计算机PC。通过在岩心夹持器的进气口和出气口处设置压力传感器PS6、PS7，可以用以检测衡量岩心样品内孔隙压力是否平衡，并可以计算上下游驱替压差，以辅助渗透率的计算。

综上所述，本发明通过上述地层压力条件下岩心渗透率实验测试方法及装置设计，提供了一种不仅可以通过岩心夹持器模拟了岩心样品在地层中受到上覆岩层压力，还可以通过设置在岩心夹持器出气口端的回压控制器模拟了岩心样品在地层中由旁侧孔隙内流体所施加的原始地层压力，并恢复该岩心样品本身内部孔隙中的流体压力的实验方法及实验装置。从而完全模拟恢复了该岩心样品在地层中的真实物理状态，克服了现有相关测试实验设计的不足。因此，基于上述本发明所设计的岩心渗透率实验测试方法可以对地层压力条件下的岩心渗透率进行更为科学的测试，获得更为准确的岩心样品渗透率数值。本领域技术人员在此设计思想之下所做任何不具有创造性的改造，均应视为在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.地层压力条件下岩心渗透率实验测试方法，其特征在于，包括：

将岩心样品装入岩心夹持器中，并通过高压注射泵对岩心夹持器加围压；

调节回压控制器设置在初始回压值；

向岩心样品的孔隙内充入气体，待岩心样品的孔隙压力平衡后，停止充气并关闭气源；

对岩心样品的渗透率进行测试，并记录渗透率测试结果。

2.如权利要求1所述的地层压力条件下岩心渗透率实验测试方法，其特征在于，还包括：

定量调节回压控制器设置的回压值，释放所述岩心样品的孔隙压力后，对岩心样品的渗透率进行测试，并记录渗透率测试结果。

3.如权利要求1所述的地层压力条件下岩心渗透率实验测试方法，其特征在于：所述通过高压注射泵对岩心夹持器加的围压等于岩心样品在地层状态下所承受的上覆岩层压力。

4.如权利要求1所述的地层压力条件下岩心渗透率实验测试方法，其特征在于：所述初始回压值设置为岩心样品在地层状态下所承受的原始地层压力。

5.如权利要求1所述的地层压力条件下岩心渗透率实验测试方法，其特征在于：所述对岩心样品采用稳态法进行的渗透率测试；所述稳态法是基于达西公式，根据气驱过程中稳定的气流量对岩心的渗透率进行测试的实验方法。

6.如权利要求1或5所述的地层压力条件下岩心渗透率实验测试方法，其特征在于：所述对岩心样品的渗透率进行测试中采用定时测试的方法；所述定时测试的方法是每间隔固定长的时间进行一次渗透率测试实验。

7.如权利要求2所述的地层压力条件下岩心渗透率实验测试方法，其特征在于：所述定量调节回压控制器的回压值，是等差的步进降低回压控制器的回压值。

8.地层压力条件下岩心渗透率实验测试装置，其特征在于，包括：岩心夹持器、计算机、高压气源、高压注射泵、至少两个压力传感器、阀门、回压控制器和流量计；

所述岩心夹持器，用以夹持岩心样品；该岩心夹持器呈圆筒状，其外层为夹层架构；

所述高压气源，用以提供高压气体；该高压气源一路通过所述高压注射泵与岩心夹持器的外层相连接，用以对岩心夹持器外层注入流体来增加围压；该高压气源另一路通过所述阀门与岩心夹持器的进气口相连接，用以对岩心夹持器所夹岩心样品的孔隙内充入流体；通过该阀门来控制该输气线路的打开或关闭；

在所述岩心夹持器上设置有测压孔，用以装设所述压力传感器；该压力传感器，用以测试岩心样品的孔隙压力；

所述岩心夹持器的出气口依次连接所述回压控制器和和流量计；所述回压控制器，用以控制出气口通道内的流体压力；所述流量计，用以检测由出气口通道流出的流体量；

所述计算机分别与高压注射泵、压力传感器、阀门、回压控制器和流量计相连；通过该计算机分别用以控制高压注射泵对岩心夹持器外层注入流体、阀门的打开或关闭、对回压控制器回压值的设置；以及接收各个压力传感器测试的孔隙压力值和流量计检测的出气口通道流出的流体量。

9.如权利要求8所述的地层压力条件下岩心渗透率实验测试装置，其特征在于：所述通过高压注射泵对岩心夹持器注入流体施加的围压等于岩心样品在地层状态下所承受的上覆岩层压力。

10.如权利要求8所述的地层压力条件下岩心渗透率实验测试装置，其特征在于：所述回压控制器设置的初始回压值为岩心样品在地层状态下所承受的原始地层压力。

11.如权利要求8所述的地层压力条件下岩心渗透率实验测试装置，其特征在于：所述测压孔所述沿岩心夹持器的轴向方向直线等间距布置。

12.如权利要求8所述的地层压力条件下岩心渗透率实验测试装置，其特征在于：在所述高压气源至岩心夹持器的进气口的输气线路上，还可设置有调压阀；所述调压阀，用以调节该输气线路的输气压力。

13.如权利要求8所述的地层压力条件下岩心渗透率实验测试装置，其特征在于：在所述岩心夹持器的进气口和出气口处还分别设置有两个压力传感器；该设置于进气口和出气口处的压力传感器分别用以测试岩心夹持器的进气口和出气口处的气流压力，并将所测试的气流压力回传至与之相连的计算机。

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