CN104297126B - 低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量装置及测量方法，该低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量装置包括：测量模块，其包括岩心夹持器、环压泵、高压气源；所述夹持器出气口与流量计相通；所述岩心夹持器与所述高压气源之间设有第二压力传感器；所述岩心夹持器与所述流量计之间设有第一压力传感器；计算模块，计算出低渗透储层气体渗流启动压力梯度。通过本申请提供的低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量装置及测量方法，能够测量出低渗透储层气体渗流启动压力梯度。

Description

低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量装置及测量方法

技术领域

本申请涉及油气田开发岩心实验技术领域，尤其涉及一种低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量装置及测量方法。

背景技术

致密气藏分布广泛并且储有丰富的天然气等可燃气体，所以开发致密气藏是增储上产的重要举措。20世纪70年代美国联邦能源管理委员会将储层渗透率小于0.1*10^-3立方微米的气藏不含裂缝定义为致密气藏，借鉴该标准我国的大气田如苏里格须家河气田50％以上岩心的常规空气渗透率小于0.1*10^-3立方微米。致密气藏由于其复杂的孔隙结构和致密性在流体渗流特征方面与常规气藏储层存在较大差异，搞清楚气体在致密岩心中的流动特性及其影响因素可为类似气藏的有效开发提供参考依据。

由于低渗透储层的孔隙结构和表面物理性质极为复杂，所以低渗透岩石储层中气体的渗流机理、运动规律等都与一般中高渗透砂岩储集层有很大不同。研究表明，低渗透储层的孔隙变尺度和微尺度效应使得其中流体流动更加复杂化，主要表现为非线性渗流特征和存在启动压力梯度。启动压力梯度是控制低渗透储层气体渗流特征和影响采收率的重要参数，它的存在将影响低渗透气藏开发方案编制、井网设计、开采方式优化提供理论基础。所以亟需一种能够测量出低渗透储层气体渗流启动压力梯度的装置，进而通过所测量的气体渗流启动压力梯度优化低渗透气藏的开发方案，以实现对低渗透气藏合理开采。

发明内容

鉴于现有技术的缺陷，本申请提供一种低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量装置及测量方法，以能够测量出低渗透储层气体渗流启动压力梯度。

本申请所提供的一种低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量装置，包括：

测量模块，其包括岩心夹持器、环压泵、高压气源，所述岩心夹持器具有夹持器进气口、夹持器出气口以及围压进入口，其用于装入岩心样本；所述环压泵与所述围压进入口相通，其用于向所述岩心样本施加围压以模拟地层环境；所述高压气源与所述夹持器进气口相通，其用于向所述岩心样本的进气端注气；所述夹持器出气口与流量计相通，所述流量计用于在所述岩心样本的出气端的气体体积流量稳定时测量所述出气端的气体体积流量Q；所述岩心夹持器与所述高压气源之间设有第二压力传感器，所述第二压力传感器用于在所述岩心样本的出气端的气体体积流量稳定时测量所述岩心样本的进气端的压力p₂；所述岩心夹持器与所述流量计之间设有第一压力传感器，所述第一压力传感器用于在所述岩心样本的出气端的气体体积流量稳定时测量所述岩心样本的出气端的压力p₁；

计算模块，其用于将所述测量模块测得的所述进气端的压力p₂、所述出气端的压力p₁以及所述出气端的气体体积流量Q代入气体渗流启动压力梯度表达式计算出低渗透储层气体渗流启动压力梯度，所述气体渗流启动压力梯度表达式为：

$\mathrm{\λ}=\frac{p_2-{(\frac{{2p}_{\mathrm{sc}}\mathrm{\μL}}{\mathrm{KA}}\·Q+p_1^2)}^{\frac{1}{2}}}{L};$

其中，λ为气体渗流启动压力梯度，单位为兆帕每米；p₂为所述进气端的压力，单位为兆帕；p₁为所述出气端的压力，单位为兆帕；p_sc为标准状态下气体压力，单位为兆帕；L为岩心样本长度，单位为米；A为岩心样本横截面面积，单位为平方米；Q为所述出气端的气体体积流量，单位为立方米每秒；K为绝对渗透率，单位为毫达西；μ为气体的粘度，单位为毫帕斯卡秒。

优选的，所述高压气源与所述第二压力传感器之间设有调压阀，以调节所述高压气源向所述岩心样本的进气端注气的压力大小。

优选的，所述流量计为皂膜流量计和/或气体质量流量计。

优选的，所述第一压力传感器与所述皂膜流量计之间设有第一阀门；所述第一压力传感器与所述气体质量流量计之间设有第二阀门。

优选的，所述高压气源为空气或者氮气，其注气压力不大于50兆帕。

优选的，所述环压泵向所述岩心样本施加的围压不大于70兆帕。

本申请还提供一种采用如上所述低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量装置的低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量方法，包括：

向岩心样本施加围压以模拟地层环境，所述岩心样本具有进气端以及出气端；

向所述进气端注气直至所述出气端的气体体积流量稳定，测量此时所述进气端的压力p₂、所述出气端的压力p₁以及所述出气端的气体体积流量Q；

将所述进气端的压力p₂、所述出气端的压力p₁以及所述出气端的气体体积流量Q代入所述气体渗流启动压力梯度表达式计算出低渗透储层气体渗流启动压力梯度。

优选的，通过恒定压力向所述进气端注气。

优选的，所述恒定压力不大于10兆帕。

优选的，所述岩心样本的直径为2.4厘米至2.6厘米、或3.6厘米至4.0厘米，所述岩心样本的长度不小于所述岩心样本直径的1.5倍。

通过以上所述，可以看出本申请所提供的低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量装置包括测量模块和计算模块，首先由测量模块测量计算低渗透储层气体渗流启动压力梯度所需的参数，然后由所述计算模块将所测得的参数代入所述气体渗流启动压力梯度表达式进而获得低渗透储层气体渗流启动压力梯度，所以本申请所提供的低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量装置能够测量出低渗透储层气体渗流启动压力梯度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一种实施方式提供的低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量装置示意图；

图2是本申请一种实施方式中气体单相渗流在岩心样本中的压力分布示意图；

图3是本申请一种实施方式所提供低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量方法的流程图；

图4是本申请一个具体实施例中四个岩心样本的进气端压力与拟出口压力关系图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

请参考图1，一种低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量装置，包括：测量模块，其包括岩心夹持器1、环压泵3、高压气源2，所述岩心夹持器1具有夹持器进气口、夹持器出气口以及围压进入口，其用于装入岩心样本；所述环压泵3与所述围压进入口相通，其用于向所述岩心样本施加围压以模拟地层环境；所述高压气源2与所述夹持器进气口相通，其用于向所述岩心样本的进气端注气；所述夹持器出气口与流量计相通，所述流量计用于在所述岩心样本的出气端的气体体积流量稳定时测量所述出气端的气体体积流量Q；所述岩心夹持器与所述高压气源2之间设有第二压力传感器7，所述第二压力传感器7用于在所述岩心样本的出气端的气体体积流量稳定时测量所述岩心样本的进气端的压力p₂；所述岩心夹持器1与所述流量计之间设有第一压力传感器6，所述第一压力传感器6用于在所述岩心样本的出气端的气体体积流量稳定时测量所述岩心样本的出气端的压力p₁；计算模块13，其用于将所述测量模块测得的所述进气端的压力p₂、所述出气端的压力p₁以及所述出气端的气体体积流量Q代入气体渗流启动压力梯度表达式计算出低渗透储层气体渗流启动压力梯度。

所述气体渗流启动压力梯度表达式为：

$\mathrm{\λ}=\frac{p_2-{(\frac{{2p}_{\mathrm{sc}}\mathrm{\μL}}{\mathrm{KA}}\·Q+p_1^2)}^{\frac{1}{2}}}{L}---\left(1\right)$

公式(1)中，λ为气体渗流启动压力梯度，单位为兆帕每米；p₂为所述进气端的压力，单位为兆帕；p₁为所述出气端的压力，单位为兆帕；p_sc为标准状态下气体压力，单位为兆帕；L为岩心样本长度，单位为米；A为岩心样本横截面面积，单位为平方米；Q为所述出气端的气体体积流量，单位为立方米每秒；K为绝对渗透率，单位为毫达西；μ为气体的粘度，单位为毫帕斯卡秒。

公式(1)中，所述岩心样本长度L以及所示岩心样本横截面面积A可以测量岩心样本直接得到；所述标准状态下气体压力p_sc、所述绝对渗透率K、所述气体的粘度μ均为已知，所以需要得出低渗透储层气体渗流启动压力梯度，只需测量所述进气端的压力p₂、所述出气端的压力p₁以及所述出气端的气体体积流量Q。相应的，所述进气端的压力p₂、所述出气端的压力p₁以及所述出气端的气体体积流量Q可以通过如图1所示的低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量装置测量得出。

所述岩心夹持器1设有内腔，所述内腔用于装入岩心样本以为岩心样本的检验提供场所。所述岩心夹持器1具有均与所述内腔相通的夹持器进气口、夹持器出气口以及围压进入口。一般而言，所述岩心夹持器1的内腔为圆柱形，进而要求岩心样本需为圆柱形；相应的，岩心样本装入所述岩心夹持器1后，岩心样本一端装在所述岩心夹持器1的夹持器进气口一端的，该岩心样本一端即为所述岩心样本的进气端，另一端即为所述岩心样本的出气端。所述岩心夹持器1的内腔中间留有通孔，该通孔即为围压进入口，以用于形成围压的流体进入。

所述高压气源2可以为空气或者氮气，其注气压力不大于50兆帕。所述高压气源可以以恒定压力向所述夹持器进气口注气，当然，由于实验中需要不同大小的注气压力，所述高压气源2与所述第二压力传感器7之间设有调压阀10，通过所述调压阀10可以调节所述高压气源2向所述岩心样本的进气端注气的压力大小，进而完成不同实验状况的数据测量。进一步的，所述恒定压力不大于10兆帕。所述调压阀10在实验中可以对进气端的压力进行逐级调控，每次调控的大小可以以0.2至0.5兆帕为级，但本申请不以此为限。

所述环压泵3与所述围压进入口相通，其用于向所述岩心样本施加围压以模拟地层环境。所述环压泵3可以向所述围压进入口输入流体以形成围压。由于一般气藏位于地层深处，所以需要测量时需要给予所述岩心样本一定的围压，进而以模拟出岩心样本所处的地层环境。所述围压大小与岩心样本在地层状态下承受的上覆岩层压力相近，其值通过岩样所处地层深度进行计算。所述上覆岩层压力(overburden pressure)，又称积土压力或地静压力，是指覆盖在该地层以上的岩石及其岩石的孔隙中流体的总重量造成的压力。地下某一深处的上覆岩层压力就是指该点以上至地面岩石的重力和岩石孔隙内所含流体的重力之和施加于该点的压力。由于地下岩石平均密度大约为2.16～2.649克每立方厘米。平均上覆岩层压力梯度大约为22.62千帕每米。进一步的，所述环压泵3提供的所述围压不大于70兆帕。所述环压泵3与所述第三压力传感器8之间设有第三阀门9，通过所述第三阀门9可以控制所述环压泵3是否向所述岩心夹持器1内提供围压。

所述流量计与所述夹持器出气口相通，其用于测量所述岩心样本的出气端的气体体积流量。所述流量计可以为皂膜流量计4和/或气体质量流量计5。所述皂膜流量计4适用于任何气体或液体流量的检测，它是通过其内部的微处理机与敏感元件相结合来测量和计算皂膜或液面经过玻璃管内一段体积的起止时间,最终计算出流量,并直观地显示出来。所述皂膜流量计4可以实现量程从0.1毫升每分钟～50升每分钟范围的气体或液体流量的测定。所述气体质量流量5计是直接通过质量流量测量，因此实现了不受温度、压力变动影响的精确测量。所述皂膜流量计4和所述气体质量流量计5在本实施方式中既可以分别使用又可以同时使用。以图1为例，所述第一压力传感器6与所述皂膜流量计4之间可以设有第一阀门12；所述第一压力传感器6与所述气体质量流量计5之间可以设有第二阀门11，通过所述第一阀门12与所述第二阀门13实现所述皂膜流量计与所述气体质量流量计分别进行计量工作。

所述计算模块13可以与所述第一压力传感器6、所述第二压力传感器7、所述流量计直接通过线路连接，也可以通过通讯信号进行接收所述第一压力传感器6、所述第二压力传感器7、所述流量计所测量的参数数据。所述计算模块13用于将所述测量模块测得的所述进气端的压力p₂、所述出气端的压力p₁以及所述出气端的气体体积流量Q代入所述气体渗流启动压力梯度表达式计算出低渗透储层气体渗流启动压力梯度。

所述气体渗流启动压力梯度表达式即公式(1)是从渗流理论出发推导出的考虑气体启动压力梯度的非达西气体单相渗流流量表达式，然后根据考虑气体启动压力梯度的非达西气体单相渗流流量表达式，得到不同实验条件时气相渗流启动压力梯度数学表征方法，最后根据气相启动压力梯度数学表征方法推导出来的，所以，利用上述公式(1)可以计算出低渗透储层气体渗流启动压力梯度。

上述公式(1)的具体推导过程如下：

请参考图2，从单相稳定渗流出发展开研究，采用如图2所示圆柱形岩心为岩心样本。面对所述图2时，以所述圆柱形岩心的右侧一端为进气端，其压力为p₂，左侧一端为出气端，其压力为p₁。已知所述圆柱形岩心长度为L，横截面面积为A。

根据启动压力梯度的定义，考虑启动压力梯度的运动方程：

$v=-\frac{K}{\mathrm{\μ}}(\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{dx}}-\mathrm{\λ})---\left(2\right)$

公式(2)中，v为气相的渗流速率，单位为米每秒(m/s)；K为绝对渗透率，单位为毫达西(mD)；μ为气体的粘度，单位为毫帕斯卡秒(mPa·s)。

设压力函数p′＝p-λx，将所述压力函数两边微分得：

$\frac{{\mathrm{dp}}^{\′}}{\mathrm{dx}}=\frac{\mathrm{dp}}{\mathrm{dx}}-\mathrm{\λ}---\left(3\right)$

将公式(3)代入公式(2)中，则考虑启动压力梯度的运动方程变为：

$v=-\frac{K}{\mathrm{\μ}}\frac{{\mathrm{dp}}^{\′}}{\mathrm{dx}}---\left(4\right)$

引入以下变换，其形式与气体拟压力的定义是一致的：

公式(5)中，p′₀为某一点下的参考压力,单位为兆帕(MPa)；为p′对应的拟压力，MPa²/(mPa·s)；p_1D为拟出口压力,单位为兆帕(MPa)。

稳定渗流时的微分方程形式与达西流相同，控制方程仍可表示为：

所述圆柱形岩心的边界条件如下：在岩心进气端，在岩心出气端：

由于方程形式与达西渗流相同，压力函数形式下的非达西渗流微分方程的解也与线性流方程形式完全一致，稳定渗流的气体体积流量表达式为：

$Q=\frac{T_{\mathrm{sc}}}{{\mathrm{ZP}}_{\mathrm{sc}}T}\·\frac{\mathrm{KA}(p_2^{\′2}-p_1^{\′2})}{2\mathrm{\μL}}---\left(7\right)$

代入压力函数p′＝p-λx，可得考虑启动压力梯度的气体单相渗流气体流量体积表达式为：

$Q=\frac{T_{\mathrm{sc}}}{{\mathrm{ZP}}_{\mathrm{sc}}T}\·\frac{\mathrm{KA}[{(p_2-\mathrm{\λ}\·L)}^2-p_1^2]}{2\mathrm{\μL}}---\left(8\right)$

公式(8)中，λ为气体渗流启动压力梯度，单位为兆帕每米(MPa/m)；p₂为所述进气端的压力，单位为兆帕(MPa)；p₁为所述出气端的压力，单位为兆帕(MPa)；p_sc为标准状态下气体压力，单位为兆帕(MPa)；L为岩心样本长度，单位为米(m)；A为岩心样本横截面面积，单位为平方米(m²)；Q为所述出气端的气体体积流量，单位为立方米每秒(m³/s)；K为绝对渗透率，单位为毫达西(mD)；μ为气体的粘度，单位为毫帕斯卡秒(mPa·s)；T为地层温度，单位为开尔文(K)；T_sc为标准状态下温度，单位为开尔文(K)；Z为气体压缩因子，无量纲。

由公式(8)可见，考虑启动压力梯度以后，气体体积流量Q与压力平方差并不成线性关系，而是与成线性关系。

根据油气藏实验的普遍处理方法，假设实验为理想气体等温渗流过程，公式8可简化为：

$Q=\frac{\mathrm{KA}[{(p_2-\mathrm{\λ}\·L)}^2-p_1^2]}{{2p}_{\mathrm{sc}}\mathrm{\μL}}---\left(9\right)$

将公式(9)整理可得：

${(p_2-\mathrm{\λ}\·L)}^2=\frac{{2p}_{\mathrm{sc}}\mathrm{\μL}}{\mathrm{KA}}\·Q+p_1^2---\left(10\right)$

定义拟出口压力为：

$p_{1D}={(\frac{{2p}_{\mathrm{sc}}\mathrm{\μL}}{\mathrm{KA}}\·Q+p_1^2)}^{\frac{1}{2}}---\left(11\right)$

将公式(11)代入公式(10)可得：

p_1D＝p₂-λL (12)

实验中，基础物性K,L已知，根据出口压力p₁和对应体积流量Q即可计算拟出口压力p_1D。所以，通过公式12即可推出气体渗流启动压力梯度表达式为：

$\mathrm{\λ}=\frac{p_2-p_{1D}}{L}---\left(13\right)$

将所述公式(11)代入公式(13)即可得出公式(1)。

当压力为临界压差，即所述出气端的气体体积流量Q为零时，拟出口压力p_1D＝p₁，代入公式(13)即为

$\mathrm{\λ}=\frac{p_2-p_1}{L}---\left(14\right)$

理论上，采用本实施方式所提供的低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量装置只需要测得一个稳定流动状态下的压差及其对应的气体体积流量即可计算得到气相渗流启动压力梯度，所以本实施方式所提供的低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量方法十分快速高效。但在具体实验中为提高测量准确性和可靠性，可以测量多个压差下对应的流速(如3～5个)，获得p_1D与p₂关系，p_1D与p₂关系拟合求得启动压力梯度。将获得p_1D与p₂在如图4所示的直角坐标系表示出来，可以看出p_1D与p₂是斜率接近1的直线，直线常数项即为λL。

通过本实施方式的低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量装置进行测量气体渗流启动压力梯度时，首先将岩心样本装入所述岩心夹持器1，通过所述环压泵3给予所述岩心样本一定的围压。然后通过所述高压气源2向所述夹持器进气口注气，当然，此时可以通过所述调压阀10进行调节注气压力的大小。向所述进气端注气直至所述出气端的气体体积流量稳定，通过所述第二压力传感器7测量此时所述进气端的压力p₂，通过所述第一压力传感器6测量此时所述出气端的压力p₁，通过所述流量计测量此时所述出气端的气体体积流量Q。最后通过计算模块13将所记录的所述进气端的压力p₂、所述出气端的压力p₁以及所述出气端的气体体积流量Q代入所述公式(1)中进而计算出低渗透储层气体渗流启动压力梯度。

通过以上所述，可以看出本实施方式所提供的低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量装置包括测量模块和计算模块13，首先由测量模块测量计算低渗透储层气体渗流启动压力梯度所需的参数，然后由所述计算模块13将所测得的参数代入所述气体渗流启动压力梯度表达式进而获得低渗透储层气体渗流启动压力梯度，所以本实施方式所提供的低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量装置能够测量出低渗透储层气体渗流启动压力梯度。

请参考图3，本申请一种实施方式还提供采用如上所述低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量装置的低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量方法，包括以下步骤：

S1、向所述岩心样本施加围压以模拟地层环境，所述岩心样本具有进气端以及出气端。

所述获取岩心样本的长度L及其横截面面积A可以通过测量所述岩心样本得到也可通过读数直接获得。进一步的，所述岩心样本一般为圆柱状，具有相对的两端，其中一端为进气端用于注气，其另一端为出气端用于测量出气体积流量。由于目前主要通过岩心夹持器装入所述岩心样本以进行检验，所以所述岩心样本的规格一般与岩心夹持器相匹配。相应的，所述岩心样本的直径为2.4厘米至2.6厘米、或3.6厘米至4.0厘米，所述岩心样本的长度不小于所述岩心样本直径的1.5倍。

由于一般气藏位于地层深处，所以需要测量时需要给予所述岩心样本一定的围压，进而以模拟出岩心样本所处的地层环境。所述围压大小与岩心样本在地层状态下承受的上覆岩层压力相近，其值通过岩样所处地层深度进行计算。所述上覆岩层压力(overburden pressure)，又称积土压力或地静压力，是指覆盖在该地层以上的岩石及其岩石的孔隙中流体的总重量造成的压力。地下某一深处的上覆岩层压力就是指该点以上至地面岩石的重力和岩石孔隙内所含流体的重力之和施加于该点的压力。由于地下岩石平均密度大约为2.16～2.649克每立方厘米。平均上覆岩层压力梯度大约为22.62千帕每米。在本步骤中，所述围压不大于70兆帕。

S2、向所述进气端注气直至所述出气端的气体体积流量稳定，测量此时所述进气端的压力p₂、所述出气端的压力p₁以及所述出气端的气体体积流量Q；

所述步骤S2中，可以通过高压气源及调压阀以恒定压力向所述进气端注气。所述高压气源可以为空气或者氮气，其最大压力为50兆帕。所述恒定压力一般不大于10兆帕。

所述出气端的气体体积流量稳定时，所述岩心样本各部位孔隙中气体压力一致，达到岩心孔隙压力平衡。当所述出气端的气体体积流量稳定时，测量此时所述进气端的压力p₂、所述出气端的压力p₁以及所述出气端的气体体积流量Q。所述出气端的气体体积流量Q可以通过皂膜流量计和/或气体质量流量计测量所述出气端的气体体积流量。当所述出气端的气体体积流量Q小于50毫升每分钟时可以采用所述皂膜流量计；当所述出气端的气体体积流量Q大于50毫升每分钟时可以采用所述气体质量流量计。相应的，所述皂膜流量计和所述气体质量流量计也可以同时使用。

S3、将所述进气端的压力p₂、所述出气端的压力p₁以及所述出气端的气体体积流量Q代入所述气体渗流启动压力梯度表达式计算出低渗透储层气体渗流启动压力梯度。

所述气体渗流启动压力梯度表达式为所述公式(1)，即为：

$\mathrm{\λ}=\frac{p_2-{(\frac{{2p}_{\mathrm{sc}}\mathrm{\μL}}{\mathrm{KA}}\·Q+p_1^2)}^{\frac{1}{2}}}{L};$

其中，λ为气体渗流启动压力梯度，单位为兆帕每米；p₂为所述进气端的压力，单位为兆帕；p₁为所述出气端的压力，单位为兆帕；p_sc为标准状态下气体压力，单位为兆帕；L为岩心样本长度，单位为米；A为岩心样本横截面面积，单位为平方米；Q为所述出气端的气体体积流量，单位为立方米每秒；K为绝对渗透率，单位为毫达西；μ为气体的粘度，单位为毫帕斯卡秒。

其中，所述岩心样本长度L以及所示岩心样本横截面面积A可以测量岩心样本直接得到；所述标准状态下气体压力p_sc、所述绝对渗透率K、所述气体的粘度μ均为已知，所以需要得出低渗透储层气体渗流启动压力梯度，只需测量所述进气端的压力p₂、所述出气端的压力p₁以及所述出气端的气体体积流量Q。相应的，所述进气端的压力p₂、所述出气端的压力p₁以及所述出气端的气体体积流量Q可以通过如图1所示的低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量装置测量得出。

通过以上所述，可以看出本实施方式所提供的低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量方法所采用的所述气体渗流启动压力梯度表达式是从渗流理论出发推导出的考虑气体启动压力梯度的非达西气体单相渗流流量表达式，然后根据考虑气体启动压力梯度的非达西气体单相渗流流量表达式，得到不同实验条件时气相渗流启动压力梯度数学表征方法，最后根据气相启动压力梯度数学表征方法推导出来的，所以本实施方式所提供的低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量方法能够测量出低渗透储层气体渗流启动压力梯度。

下面通过一个将所述测量方法结合所述测量装置进行测量低渗透储层气体渗流启动压力梯度具体实施例来详细描述本申请的原理。

选取如下表所示四个圆柱形岩心样本进行低渗透储层气体渗流启动压力梯度的测量实验，

	直径(厘米)	长度(厘米)
			样本S1	3.74	19.5
样本S2	3.75	15.3
			样本S2	3.73	17.2
样本S4	3.75	23.0

将上述样本S1、样本S2、样本S3、样本S4分别装入如图1所示测量装置中，实验过程中，围压始终为3.0兆帕，在所述出气端的气体体积流量稳定时，在不同的进气端的压力下，分别记录四个样本进气端压力p₂、出气端的压力p₁和所述出气端的气体体积流量Q。

测得四个样板的所述出气端压力p₁为大气压力，即0.1兆帕，测得其他参数如下表：

请参考图4，得到上表中的四个样本拟出口压力p_1D与进气端的压力p₂后，以进气端的压力p₂为y轴拟出口压力p_1D为x轴分别标出各个数据点，并将各个样本的数据点进行线性拟合，得到如下线性函数：

样本S1：y＝1.0165x-0.166，拟合精度R²＝0.9831；

样本S2：y＝0.9833x-0.0651，拟合精度R²＝0.9953；

样本S3：y＝1.1295x-0.044，拟合精度R²＝0.9856；

样本S4：y＝1.0114x-0.0316，拟合精度R²＝0.9953。

从上述四个拟合精度均大于98％可以看出，上述样本S1、样本S2、样本S3、样本S4的拟出口压力p_1D与进气端的压力p₂的关系确为线性函数关系。进一步的，所述样本S1、样本S2、样本S3、样本S4的四个线性函数中斜率均趋近于1，进而证明了上述公式(1)的正确性，进而可以准确的计算出样本S1的气体渗流启动压力梯度为0.85兆帕每米，样本S2的气体渗流启动压力梯度0.43兆帕每米，样本S3气体渗流启动压力梯度为0.26兆帕每米和样本S4的气体渗流启动压力梯度为0.14兆帕每米。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种采用低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量装置的低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量方法，其特征在于，所述低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量装置包括

测量模块，其包括岩心夹持器、环压泵、高压气源；所述岩心夹持器具有夹持器进气口、夹持器出气口以及围压进入口，其用于装入岩心样本；所述环压泵与所述围压进入口相通，其用于向所述岩心样本施加围压以模拟地层环境；所述高压气源与所述夹持器进气口相通，其用于向所述岩心样本的进气端注气；所述夹持器出气口与流量计相通，所述流量计用于在所述岩心样本的出气端的气体体积流量稳定时测量所述出气端的气体体积流量Q；所述岩心夹持器与所述高压气源之间设有第二压力传感器，所述第二压力传感器用于在所述岩心样本的出气端的气体体积流量稳定时测量所述岩心样本的进气端的压力p₂；所述岩心夹持器与所述流量计之间设有第一压力传感器，所述第一压力传感器用于在所述岩心样本的出气端的气体体积流量稳定时测量所述岩心样本的出气端的压力p₁；

计算模块，其用于将所述测量模块测得的所述进气端的压力p₂、所述出气端的压力p₁以及所述出气端的气体体积流量Q代入气体渗流启动压力梯度表达式计算出低渗透储层气体渗流启动压力梯度，所述气体渗流启动压力梯度表达式为：

$\mathrm{\λ}=\frac{p_2-{(\frac{2p_{sc}\mathrm{\μ}L}{KA}\·Q+p_1^2)}^{\frac{1}{2}}}{L};$

其中，λ为气体渗流启动压力梯度，单位为兆帕每米；p₂为所述进气端的压力，单位为兆帕；p₁为所述出气端的压力，单位为兆帕；p_sc为标准状态下气体压力，单位为兆帕；L为岩心样本长度，单位为米；A为岩心样本横截面面积，单位为平方米；Q为所述出气端的气体体积流量，单位为立方米每秒；K为绝对渗透率，单位为毫达西；μ为气体的粘度，单位为毫帕斯卡秒；

所述低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量方法包括：

向岩心样本施加围压以模拟地层环境，所述岩心样本具有进气端以及出气端；

向所述进气端注气直至所述出气端的气体体积流量稳定，测量此时所述进气端的压力p₂、所述出气端的压力p₁以及所述出气端的气体体积流量Q；

将所述进气端的压力p₂、所述出气端的压力p₁以及所述出气端的气体体积流量Q代入所述气体渗流启动压力梯度表达式计算出低渗透储层气体渗流启动压力梯度。

2.如权利要求1所述的低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量方法，其特征在于：通过恒定压力向所述进气端注气。

3.如权利要求2所述的低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量方法，其特征在于：所述恒定压力不大于10兆帕。

4.如权利要求1所述的低渗透储层气体渗流启动压力梯度测量方法，其特征在于：所述岩心样本的直径为2.4厘米至2.6厘米、或3.6厘米至4.0厘米，所述岩心样本的长度不小于所述岩心样本直径的1.5倍。