CN104713812A - 一种基于岩心气测渗透率测量装置的校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于岩心气测渗透率测量装置的校正方法。该方法包括利用氮气将管路内空气清除干净；采集待测岩心横截面积和长度，并将待测岩心夹持在岩心夹持器内；通过调整气体渗透率测定仪来控制岩心夹持器进口压力，采集压力值以及岩心出口流量；利用岩心出口端流量与进出口稳定压力平方差的数据拟合出函数关系。利用该函数关系，结合达西定律，计算极限压力下对应的进口压力和气测渗透率，建立气测渗透率与平均压力的倒数的关系函数，该分段函数的水平段截距即为克氏渗透率。本发明的气测渗透率校正方法—理论极限法，可以快速而准确获得岩心的绝对渗透率。

Description

一种基于岩心气测渗透率测量装置的校正方法

技术领域

本发明涉及一种测量岩心的绝对渗透率，特别是通过基于岩心气测渗透率测量装置的校正方法来得到目标岩心的克氏渗透率。

背景技术

岩心渗透率是油气田评价和开发中重要的参数，在制定油田开发方案过程中，首先需要进行岩心气测渗透率的实验，来评价待测岩心的绝对渗透率，为开发方案等工作提供基础数据。常用的实验方法是：利用实验装置测得五至十组岩心两端的进口压力(出口压力为大气压)，岩心中气体的体积流量数据。然后利用达西公式分别计算出不同进口压力下的气测透率，再通过平均压力倒数和气测渗透率进行线性回归，其截距为克氏渗透率。在实验过程中，能够控制较低的进口压力范围是有限的；虽然有研究通过在出口端加入回压阀等措施，使其在较高的进口压力下，测试气测渗透率，但在测试过程中岩心中的流体极易发生紊流以及回压控制不稳定等因素，导致气体渗透率测试不稳定。在达西定律中，适合应用达西公式的条件之一是被测岩心中流体流动为线性流动。为了实现这一条件，气测渗透率的进口压力设定值尽量从较低压力开始，以保证被测岩心中流体渗流为线性流动，但压力越低，气体渗流的滑脱效应越明显，通过实验方法校正带来的误差就越大；在高压下气体的滑脱效应小，但其线性流动稳定性差。因此，气测渗透的测定仍存在以下问题：①满足达西定律条件实验得到的岩心的进口压力和气体体积流量的数据点是为数不多的，实验过程中出现人为误差，都会对实验结果产生极大影响。②特别是，低渗岩心的气测渗透率实验耗时较长，无法最大限度降低相对误差。③克氏渗透率是在极限压力情况下对应的岩心的固有属性，若是可以在保证线性流动的情况下，又可以使进口压力无限大，则得到的渗透率越接近克氏渗透率，而这一条件无法通过现有的实验条件实现。

发明内容

本发明提供了一种基于岩心气测渗透率测量装置的气测渗透率校正方法—理论极限法，可以快速而准确获得岩心的绝对渗透率。

本发明岩心气测渗透率校正方法的技术方案包括以下步骤：

开通氮气，将管路内空气清除干净；采集待测岩心横截面积和长度，并将待测岩心夹持在岩心夹持器上；通过调整气体渗透率测定仪来控制岩心夹持器进口压力，并采集压力表压力值以及流量计的数据；

选取被测岩心满足达西条件的初始进口压力值和进口压力梯度，测得5～10组实验数据，并做一组平行实验，减小该情况下得到实验数据的系统误差。利用Microsoft Excel或SigmaPlot软件拟合岩心出口端流量与岩心进出口压力平方差之间的函数关系，根据达西公式，两者应成线性关系，若实验数据所得到线性曲线拟合度达到0.999以上，则说明实验操作规范，得到的实验数据可信度较高，且被测岩心中的流体应为线性流动。再根据拟合得到的进出口压力平方差与流量之间的函数关系，在置信区间范围内设定流量值；当设置流量足够大时，进口压力值可趋于无限大，可认为此时达到理论上的极限压力，即所对应的渗透率即为克氏渗透率。

本发明的测量岩心的气测渗透率装置包括岩心夹持器，所述岩心夹持器一侧依次连接有三通阀、第一增压泵和氮气瓶，另一侧依次设置有第二增压泵、四通阀和皂膜流量计。入口加增压泵的原因是：氮气瓶最多可以提供7-8个兆帕的压力若出口压力要求足够高时，我们就采取开启入口处的增压泵，增压泵的压缩气源选取氮气。设置增压泵最大增压可达20MPa，以保证实验可在高压情况下进行，同时可以控制岩心加持器出入口压力差恒定，保证岩心中流体为线性流动。当岩样出口端压力为大气压时，滑脱效应显著，渗透率随平均压力的升高而降低；当出口端压力增大到一特定值时，Ka与1/p_m的变化关系是一条水平线(p_m为岩心进出口的平均压力)，将此时岩心出口端的压力定义为界限压力，此时在不同压差下测得气体渗透率值为稳定值，变化幅度小，可等效为液测渗透率。本发明利用增压泵同时增加入口和出口压力，达到完全消除滑脱效应的目的。

所述三通阀和所述四通阀上分别连接有一压力传感器，传感器的准确度为0.1级，流量稳定后所测稳定压力误差不超过0.1％。所述岩心夹持器还连接有一计量泵，所述计量泵上设有排液阀，所述计量泵与所述岩心夹持器之间设有环压阀。计量泵为岩心夹持器提供围压(环压)，要求实施围压的流体压缩性小，必须保证岩心围压流体为单相流体。

其中，作为优选的，所述岩心夹持器包括筒体，安装在所述筒体内的岩心套筒，以及安装在所述筒体两侧的护套，所述筒体上设置有用于连接所述计量泵的通孔，所述护套安装在所述筒体上后，与所述岩心套筒配合形成密封空腔。更优选的，所述岩心套筒为胶皮套筒。

其中，作为优选的，该装置还包括铜套和密封圈，所述密封圈和所述铜套由内向外依次安装在所述护套的缺口内，并且所述密封圈与所述筒体和所述护套紧密接触。

优选的，所述计量泵为高压手动计量泵。

本发明的气测渗透率校正方法—理论极限法，可以快速而准确获得岩心的绝对渗透率，从而减少了实验研究的误差，降低了岩心渗透率的研究成本，而且还最大限度地降低了岩心渗透率的相对误差，在一定程度可以反应出岩心的固有属性；同时有助于提高人们对油气藏的认识，有助于提高老油田的开发效果和加快新区发现和开发。

附图说明

图1是本发明所使用的测定气测渗透率的实验流程图；

图中，1—氮气瓶，2—减压稳压阀，3、7—压力传感器，4—三通阀，5—岩心，6—岩心夹持器，8—四通阀，9—皂膜流量计，10—高压手动计量泵，11—排液阀，12—环压阀，13、14—增压阀。

图2是岩心夹持器的剖面图；

图中，15—铜套，16—护套，17—岩心胶皮套筒，18—密封圈，19—通孔，20—筒体。

图3是利用实验数据建立流量与岩心进出口压力平方差的关系图；

图4是设定流量的气测渗透率与平均压力的倒数的关系图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

实施例1

一种测量岩心气测渗透率装置，如图1所示，该装置包括岩心夹持器6，岩心夹持器一侧依次连接有三通阀4、第一增压泵13和氮气瓶1，另一侧依次设置有第二增压泵14、四通阀8和皂膜流量计9；三通阀4连接有压力传感器3，四通阀8上连接有压力传感器7，岩心夹持器6还连接有高压手动计量泵10，该高压手动计量泵10上设有排液阀11，高压手动计量泵10与岩心夹持器6之间设有环压阀12。

如图2所示，岩心夹持器8包括筒体20，安装在筒体20内的岩心胶皮套筒17，以及安装在筒体20两侧的护套16，筒体20上设置有用于连接计量泵11的通孔19，护套16安装在筒体20上后，与岩心胶皮套筒17配合形成密封空腔。

该岩心气测渗透率装置还包括铜套15和密封圈18，密封圈18和铜套15由内向外依次安装在护套16的缺口内，并且密封圈18与筒体20和护套16紧密接触。该低渗透岩心气测渗透率装置通过高压手动计量泵10加压，使岩心5与岩心胶皮套筒17紧密接触，保证流体不从岩心壁面窜流。

实施例2

岩心气测渗透率的测量

开通氮气，将管路内空气清除干净。用游标卡尺测待测岩心5截面长、宽，计算横截面积A。测量岩心5长度L。然后将岩心5放入岩心夹持器6中的岩心胶皮套筒17内，用护套16将岩心5密封于岩心胶皮套筒17内。再打开高压手动计量泵10、环压阀12，排出岩心夹持器环空内的气体，关闭排液阀11，顺时针旋转高压手动计量泵10外轮，加压至5MPa，关闭环压阀12。打开氮气瓶1的减压稳压阀2、第一增压泵13、三通阀4、第二增压泵14、四通阀8，由压力传感器3获得岩心进口压力P₁，压力传感器7读取出口压力P₂，用气压计读取当时大气压力值。选取符合达西定律条件的进口压力值，测得十组实验数据，再做一组平行实验，减小该情况下得到实验数据的系统误差。再通过皂膜流量计9记录大气流量Q₀。最后由达西公式计算气测渗透率：

$K_g=\frac{2Q_0{p}_0\mathrm{\μL}}{A(p_1^2-p_2^2)}\×{10}^{-1}$

式中，K_g――气体渗透率，D；

Q₀――岩心出口端的气体流量，mL/s；

P₀――大气压(绝对)，MPa；

μ――实验温度和大气压下的气体粘度，mPa·s；

L――岩心长度，cm；

A――岩心的横截面积，cm；

P₁――岩心入口端的绝对压力，MPa；―

P₂――岩心出口端的绝对压力，MPa。―

实验结果见表1和表2：

表1 12-22-7号岩心气测渗透率的测量数据

表2 12-22-8号岩心气测渗透率的测量数据

利用Microsoft Excel拟合出岩心12-22-7和岩心12-22-8流量与岩心夹持器进出口压力平方差之间的函数关系，其函数关系分别为Y＝791.5X+0.794，Y＝1022X+1.011，见图3。

在合理区间设置流量，利用函数Y＝791.51X+0.794和Y＝1022X+1.011算出进出口压力平方差及所对应的进口压力值，然后计算出渗透率和平均压力的倒数，具体数据见表3和表4。

表3 12-22-7岩心气测渗透率的计算数据

表4 12-22-8岩心气测渗透率的计算数据

根据表3和表4，利用Microsoft Excel建立气测渗透率与平均压力倒数的关系图，岩心12-22-7分段函数的水平段截距(0.300)即为克氏渗透率(岩心绝对渗透率为0.300D)，岩心12-22-8分段函数的水平段截距(0.363)即为的克氏渗透率(岩心绝对渗透率为0.363D)，见图4。从图4中可以看出，在接近极限压力的条件下，该被测岩心气测渗透率值近似为一常数，与渗透率为岩心的固有属性相吻合。

Claims (8)

1.一种基于岩心气测渗透率测量装置的校正方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)开通氮气，将管路内空气清除干净；

(2)采集待测岩心横截面积和长度，并将待测岩心夹持在岩心夹持器内；

(3)通过调整岩心夹持器的进口压力，待皂膜流量计的气体流量稳定时，采集岩心进口和出口的稳定压力，并记录皂膜流量计的稳定气体流量；

(4)利用岩心的出口端流量与进出口压力平方差的实验数据拟合出函数关系，利用该函数关系算出极限压力所对应的进口压力和气测渗透率值，建立气测渗透率与平均压力的倒数的关系函数，该分段函数的水平段截距即为克氏渗透率。

2.根据权利要求1所述的基于岩心气测渗透率测量装置的校正方法，其特征在于，合理地选取岩心的进口压力值，测得10组以上不同进出口压力和稳定气体流量数据，保证气体流量与压力平方差的线性拟合度达到0.999以上。

3.根据权利要求1所述的基于岩心气测渗透率测量装置的校正方法，其特征在于，所述岩心气测渗透率测量装置包括岩心夹持器，所述岩心夹持器一侧依次连接有三通阀、第一增压泵和氮气瓶，另一侧依次设置有第二增压泵、四通阀和皂膜流量计；所述三通阀和所述四通阀上分别连接有一压力传感器，所述岩心夹持器还连接有一高压手动计量泵，所述计量泵上设有排液阀，所述计量泵与所述岩心夹持器之间设有环压阀。

4.根据权利要求3所述的基于岩心气测渗透率测量装置的校正方法，其特征在于，所述压力传感器的准确度为0.1级，流量稳定后所测稳定压力误差不超过0.1％。

5.根据权利要求3所述的基于岩心气测渗透率测量装置的校正方法，其特征在于，所述岩心夹持器包括筒体，安装在所述筒体内的岩心套筒，以及安装在所述筒体两侧的护套，所述筒体上设置有用于连接所述计量泵的通孔，所述护套安装在所述筒体上后，与所述岩心套筒配合形成密封空腔。

6.根据权利要求5所述的基于岩心气测渗透率测量装置的校正方法，其特征在于，还包括铜套和密封圈，所述密封圈和所述铜套由内向外依次安装在所述护套的缺口内，并且所述密封圈与所述筒体和所述护套紧密接触。

7.根据权利要求5所述的基于岩心气测渗透率测量装置的校正方法，其特征在于，所述岩心套筒为胶皮套筒。

8.根据权利要求3所述的基于岩心气测渗透率测量装置的校正方法，其特征在于，所述计量泵为高压手动计量泵。