CN103698216B - 一种毛管压力的应力敏感性测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种毛管压力的应力敏感性测试装置及方法，该装置主要由加压系统、夹持器、围压系统、加压计量系统、恒温箱、数据采集系统与压差计组成，所述夹持器连接围压系统、加压系统和加压计量系统，夹持器中装有岩样，两端有端盖，位于上端端盖内的上端柱塞连接上端锁紧阀，位于下端端盖内的下端柱塞有一凹槽，该凹槽内有半渗透隔板，所述上端柱塞和下端柱塞连接压差计；加压系统、围压系统、加压计量系统、压差计分别与数据采集系统相连。本发明原理可靠，操作简便，可完成同一块岩样在同一围压下不同驱替压力的整个测试流程和不同围压下同一驱替压力的整个测试流程的半渗透隔板毛管压力测试，进而研究毛管压力的应力敏感性。

Description

一种毛管压力的应力敏感性测试装置及方法

技术领域

本发明涉及岩石毛管压力技术，尤其涉及一种毛管压力的应力敏感性测试装置及方法。

背景技术

以往对应力敏感性研究主要集中在孔隙度和渗透率上，对毛管压力的应力敏感性研究很少，主要是因为受到实验设备的限制。毛管压力的应力敏感性体现在岩石微观孔隙结构的变化上，对岩石孔隙结构变化规律的研究能加深孔隙度、渗透率应力敏感性研究的认识，同时能对储层评价及保护技术方案设计等提供参考。

常规测定毛管压力曲线的室内实验方法主要有：压汞法、离心法、半渗透隔板法。压汞法包括四面进汞和单面进汞，四面进汞与实际地下油层情况不符；单面进汞可以实现不同围压下的汞驱替实验，但实验后岩样受到污染，不能重复使用，无法实现同一块岩样的应力敏感性实验研究；压汞实验所用的驱替介质（汞）有毒，危害健康。离心法和常规半渗透隔板法驱替压力低，无法满足生产要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种毛管压力的应力敏感性测试装置，该装置使用半渗透隔板法测试岩石毛管压力，可实现毛管压力在驱替和吸入两个过程的应力敏感性测试。

本发明的另一目的还在于提供应用上述装置测试毛管压力的应力敏感性的方法，该方法原理可靠，操作简便，可完成同一块岩样在恒定温度条件下、同一围压下不同驱替压力的整个测试流程和同一块岩样在恒定温度条件下、不同围压下同一驱替压力的整个测试流程的半渗透隔板毛管压力测试，进而研究毛管压力的应力敏感性。

为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。

一种毛管压力的应力敏感性测试装置，主要由加压系统、夹持器、围压系统、加压计量系统、恒温箱、数据采集系统与压差计组成。所述夹持器连接围压系统，夹持器上端连接加压系统，下端连接加压计量系统；所述夹持器中装有岩样，所述岩样与夹持器的外壳之间有橡胶套，所述夹持器两端有端盖，位于上端端盖内的上端柱塞连接上端锁紧阀，位于下端端盖内的下端柱塞有一凹槽，该凹槽内有半渗透隔板，所述上端柱塞和下端柱塞连接压差计，所述半渗透隔板与下端柱塞凹槽、下端柱塞与外壳之间均有密封圈；所述夹持器、围压系统、加压计量系统、压差计均位于恒温箱内；所述加压系统、围压系统、加压计量系统、压差计分别与数据采集系统相连，实现数据采集。

所述恒温箱用于控制温度，减少流体的体积变化量，使得计量更准确；同时能排除温度对毛管压力的应力敏感性影响。

所述围压系统用于给岩样施加法向应力，从而模拟不同的地层上覆压力。

所述加压系统和加压计量系统分别给岩样两端加载一定的压力，使岩样两端获得不同的压差，压差由小到大加载，同时加压计量系统计量半渗透隔板出口端的水量，以完成实验。

所述压差计用于实时监测并记录夹持器两端的压差，防止压差超过半渗透隔板的非湿相突破压力。

所述下端柱塞凹槽用于保护半渗透隔板，防止半渗透隔板在高围压下被压坏。

所述半渗透隔板为PcMaxplates（非湿相突破压力10MPa），在压差未超过隔板的突破压力之前，隔板只能允许湿相通过，而不能通过非湿相。

利用上述装置测试毛管压力的应力敏感性的方法，依次包括以下步骤：

（1）将干燥清洁的半渗透隔板抽真空并用地层水饱和；

（2）将岩样洗油，烘干，称重为m₁，测量其直径D、长度L、常规孔隙度φ、渗透率K，计算孔隙体积V_pHe（[1]何更生,唐海.油层物理[M].北京:石油工业出版社,2011:35-37）：

$V_{\mathrm{pHe}}=\frac{1}{4}\mathrm{\π}{D}^2\mathrm{L\φ};$

（3）将岩样抽真空并用地层水饱和，岩样饱和地层水后的质量为m₂，通过下式得到该岩样的孔隙体积V_p（[1]何更生,唐海.油层物理[M].北京:石油工业出版社,2011:37）：

V_p＝(m₂-m₁)/ρ_w

其中ρ_w为地层水密度，

将岩样充分饱和地层水，岩样充分饱和应该满足下式（[2]SY/T5345-2007）：

$|(1-\frac{V_p}{V_{\mathrm{pHe}}})\×100\%|\≤2\%;$

（4）用加压计量系统连接下端柱塞并注水，直到下端柱塞出水为止，再把半渗透隔板放进下端柱塞的凹槽内；

（5）将岩样放在半渗透隔板上并一起放入夹持器的橡胶套内，使用上端锁紧阀固定，使岩样和上、下端柱塞间没有间隙；

（6）将恒温箱设定为指定温度，待温度稳定时通过围压系统给岩样施加围压至设定值；

（7）使用加压系统和加压计量系统按照实验方案缓慢地逐步加载压力至设定值，待系统稳定时，记录每个驱替压力下加压系统的压力P_1i、压差计读数P_i、加压计量系统的压力P_2i以及排出水量V_i，P_i为P_1i与P_2i之差，通过下式计算毛管压力P_ci和水饱和度S_wi（[1]何更生,唐海.油层物理[M].北京:石油工业出版社,2011:262-263）：

P_ci＝P_i

$S_{\mathrm{wi}}=\frac{V_p-\mathrm{\Σ}{V}_i}{V_p}\×100\%;$

当驱替过程达到实验设定最大压力之后，还可以按相反过程逐级降低压力，在每个驱替压差稳定情况下记录加压系统的压力、压差计读数、加压计量系统的压力值及水吸入量，很方便地测试吸入过程的毛管压力；

（8）重复（1）-（7），在同一围压下，改变加压系统的驱替压力和加压计量系统的压力，完成同一块岩样在同一围压下不同驱替压力的整个测试流程，也可以改变围压，保持加压系统的驱替压力和加压计量系统的压力不变，完成同一块岩样在不同围压下同一驱替压力的整个测试流程（为了排除温度对实验结果的影响，恒温箱设定的温度在整个测试流程保持一致）；

（9）由毛管压力P_ci和水饱和度S_wi绘制出毛管压力-水饱和度曲线，从而研究毛管压力的应力敏感性。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）实现半渗透隔板毛管压力测试，包括同一块岩样在同一围压下不同驱替压力的整个测试流程和同一块岩样在不同围压下同一驱替压力的整个测试流程，驱替压力可以达到油藏条件压力，驱替压差最大可以达到10MPa，从而实现毛管压力的应力敏感性研究；

（2）在保持温度恒定的条件下通过使用加压计量系统对岩样排出的水进行准确计量，同时能排除温度对毛管压力的应力敏感性影响，也可以通过改变温度进而研究温度对毛管压力的应力敏感性影响；

（3）提出了一种保护高压半渗透隔板的装置，防止半渗透隔板在高围压下被压坏。

附图说明

图1是毛管压力的应力敏感性测试装置的结构示意图

图2是夹持器的局部放大图

图中：10—加压系统；20—夹持器；21—外壳；22—岩样；23—橡胶套；24—半渗透隔板；25—密封圈；26—端盖；27—下端柱塞；28—上端柱塞；29—上端锁紧阀；30—围压系统；40—加压计量系统；50—恒温箱；60—数据采集系统；70—压差计。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

参看图1、图2。

一种毛管压力的应力敏感性测试装置，主要由加压系统10、夹持器20、围压系统30、加压计量系统40、恒温箱50、数据采集系统60与压差计70组成。所述夹持器20连接围压系统30，夹持器上端连接加压系统10，下端连接加压计量系统40；所述夹持器中装有岩样22，所述岩样与夹持器的外壳21之间有橡胶套23，所述夹持器两端有端盖26，位于上端端盖内的上端柱塞28连接上端锁紧阀29，位于下端端盖内的下端柱塞27有一凹槽，该凹槽内有半渗透隔板24，所述上端柱塞28和下端柱塞27连接压差计70，所述半渗透隔板与下端柱塞凹槽、下端柱塞与外壳之间均有密封圈25；所述夹持器20、围压系统30、加压计量系统40、压差计70均位于恒温箱50内；所述加压系统10、围压系统30、加压计量系统40、压差计70分别与数据采集系统60相连，实现数据采集。

利用上述装置测试毛管压力的应力敏感性测试方法包括以下步骤：

（1）半渗透隔板实验前处理：将干燥清洁的高压半渗透隔板放入真空容器，并用配置好的地层水淹没，抽真空4小时以上，释放真空后并再次抽真空4小时，重复该步骤5个循环，接着使用低于100psi（约为0.6895MPa）的空气加压8小时，释放压力，将饱和好的隔板浸泡在地层水中待用（隔板很脆，使用时需要特别注意，应尽可能少处理干板，进行额外的处理时应戴上乳胶手套，同时在加/降压时需要很小心缓慢，以免破坏隔板）；

（2）岩样准备：将标准岩样洗油，烘干，称干重m₁，测量直径D，长度L，常规孔隙度φ、渗透率K，计算出孔隙体积 $V_{\mathrm{pHe}}(V_{\mathrm{pHe}}=\frac{1}{4}\mathrm{\π}{D}^2\mathrm{L\φ});$

（3）岩样饱和：将岩样进行抽真空饱和，称岩样饱和地层水后的质量m₂，将饱和好的岩样浸泡在地层水中待用，岩样抽真空饱和地层水后得到的孔隙体积V_p（V_p＝(m₂-m₁)/ρ_w），岩样充分饱和应该满足下面的关系式：

$|(1-\frac{V_p}{V_{\mathrm{pHe}}})\×100\%|\≤2\%$

如果不满足，需要重新对岩样进行烘干，抽真空饱和地层水，直至满足上式；

（4）填充死体积：先用加压计量系统连接下端柱塞并注水，直到下端柱塞出水为止，然后把半渗透隔板放进下端柱塞的凹槽内；

（5）装入岩样：将提前准备好的岩样放在半渗透隔板上（为了使隔板和岩样充分接触，需要在隔板与岩样之间放张滤纸）并一起放入夹持器的橡胶套内，使用上端锁紧阀轻轻固定好，使岩样跟上下端柱塞间没有间隙；

（6）开始实验：打开恒温箱，设定指定温度，待温度稳定时通过围压系统给岩样加围压至设定值；

（7）使用加压系统和加压计量系统按照实验方案缓慢地逐步加载压力至设定值，待系统稳定时，记录每个驱替压力下的加压系统的压力P_1i、压差计读数P_i、加压计量系统的压力P_2i以及排出水量V_i，通过下式计算毛管压力P_ci和水饱和度S_wi：

P_ci＝P_i

$S_{\mathrm{wi}}=\frac{V_p-\mathrm{\Σ}{V}_i}{V_p}\×100\%;$

特别注意：加（降）加压系统的驱替压力和加压计量系统的压力时需要缓慢地逐级加（降）压，并且保证压差不能超过隔板的非湿相突破压力，以免损坏半渗透隔板；

实验结束后，先缓慢地卸载压力（通过加压系统和加压计量系统自带卸压阀卸载），同时需要保证压差不能超过隔板的非湿相突破压力，待压力卸载为0MPa后卸载围压，依次取出岩样、隔板，并将隔板浸泡在地层水中待用；

（8）重复（1）-（7），在同一围压下，改变加压系统的驱替压力和加压计量系统的压力，完成同一块岩样在同一围压下不同驱替压力的整个测试流程；也可以通过改变围压，保持加压系统的驱替压力和加压计量系统的压力不变，完成同一块岩样在不同围压下同一驱替压力的整个测试流程；

（9）由毛管压力P_ci和水饱和度S_wi绘制出毛管压力-水饱和度曲线，从而研究毛管压力的应力敏感性。

Claims (2)

1.一种毛管压力的应力敏感性测试装置，主要由加压系统(10)、夹持器(20)、围压系统(30)、加压计量系统(40)、恒温箱(50)、数据采集系统(60)与压差计(70)组成，所述夹持器(20)连接围压系统(30)，夹持器上端连接加压系统(10)，下端连接加压计量系统(40)；所述夹持器中装有岩样(22)，所述岩样与夹持器的外壳(21)之间有橡胶套(23)；所述加压系统(10)、围压系统(30)、加压计量系统(40)、压差计(70)分别与数据采集系统(60)相连，其特征在于，所述夹持器两端有端盖(26)，位于上端端盖内的上端柱塞(28)连接上端锁紧阀(29)，位于下端端盖内的下端柱塞(27)有一凹槽，该凹槽内有半渗透隔板(24)，所述上端柱塞(28)和下端柱塞(27)连接压差计(70)，所述半渗透隔板与下端柱塞凹槽、下端柱塞与外壳之间均有密封圈(25)；所述夹持器(20)、围压系统(30)、加压计量系统(40)、压差计(70)均位于恒温箱(50)内。

2.利用权利要求1所述的装置测试毛管压力的应力敏感性的方法，依次包括以下步骤：

(1)将干燥清洁的半渗透隔板抽真空并用地层水饱和；

(2)将岩样洗油，烘干，称重为m₁，测量其直径D、长度L、常规孔隙度φ、渗透率K，计算孔隙体积V_pHe：

$V_{pHe}=\frac{1}{4}{\mathrm{\πD}}^{2}L\mathrm{\φ};$

(3)将岩样抽真空并用地层水饱和，岩样饱和地层水后的质量为m₂，通过下式得到该岩样的孔隙体积V_p：

V_p＝(m₂-m₁)/ρ_w

其中ρ_w为地层水密度；

(4)用加压计量系统连接下端柱塞并注水，直到下端柱塞出水为止，再把半渗透隔板放进下端柱塞的凹槽内；

(5)将岩样放在半渗透隔板上并一起放入夹持器的橡胶套内，使用上端锁紧阀固定，使岩样和上、下端柱塞间没有间隙；

(6)将恒温箱设定为指定温度，通过围压系统给岩样施加围压至设定值；

(7)使用加压系统和加压计量系统逐步加载压力至设定值，记录每个驱替压力下加压系统的压力P_1i、压差计读数P_i、加压计量系统的压力P_2i以及排出水量V_i，P_i为P_1i与P_2i之差，通过下式计算毛管压力P_ci和水饱和度S_wi：

P_ci＝P_i

$S_{wi}=\frac{V_p-{\mathrm{\ΣV}}_i}{V_p}\×100\%;$

(8)重复(1)-(7)，在同一围压下，改变加压系统的驱替压力和加压计量系统的压力，完成同一块岩样在同一围压下不同驱替压力的整个测试流程，并改变围压，保持加压系统的驱替压力和加压计量系统的压力不变，完成同一块岩样在不同围压下同一驱替压力的整个测试流程；

(9)由毛管压力P_ci和水饱和度S_wi绘制出毛管压力-水饱和度曲线，从而研究毛管压力的应力敏感性。