CN106769778A - 一种低渗岩石颗粒的渗透率测量系统及测量方法 - Google Patents
一种低渗岩石颗粒的渗透率测量系统及测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106769778A CN106769778A CN201710040427.8A CN201710040427A CN106769778A CN 106769778 A CN106769778 A CN 106769778A CN 201710040427 A CN201710040427 A CN 201710040427A CN 106769778 A CN106769778 A CN 106769778A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pressure
- permeability
- cavity
- measurement systems
- rock
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 97
- 230000035699 permeability Effects 0.000 title claims abstract description 92
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 81
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 59
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 41
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 36
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 24
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 31
- 230000006353 environmental stress Effects 0.000 claims description 12
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 11
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 8
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 claims description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 4
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 10
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 5
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 2
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 2
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 description 1
- 241000628997 Flos Species 0.000 description 1
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 description 1
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 1
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
- G01N15/082—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
本发明公开了一种低渗岩石颗粒的渗透率测量系统及测量方法，所述渗透率测量系统包括高压气源装置、参考腔、样品腔、入口压强检测装置、自动阀、球阀、压差检测装置及控制装置，参考腔与样品腔连通的管道上依次设置有自动阀和球阀；压差检测装置与自动阀并联；控制装置分别连接自动阀和压差检测装置；高压气源装置的输出管道与参考腔或者样品腔连通，高压气源装置的输出管道上设置有入口压强检测装置，入口压强检测装置与高压气源装置的管道上设置有气体排放口。通过设置高压气源装置与参考腔或样品腔连接，可控制参考腔与样品腔内部压强的变化，通过压差检测装置检测压强差，使得控制装置可准确获得压强变化曲线和待测岩石颗粒渗透率。
Description
技术领域
本发明涉及岩石渗透率测量技术领域，特别是涉及一种低渗岩石颗粒的渗透率测量系统及测量方法。
背景技术
随着科学技术不断进步，以致密气、煤层气和页岩气为代表的非常规天然气资源逐渐成为世界各国勘探开发的重点对象。这类天然气藏的主要特点是储层具有极低的渗透率，通常在1mD以下。其中煤层气和页岩气具有自生自储特征，天然气在储层基质中储存和运移的空间为微、纳米尺度的裂缝和孔隙，其孔隙率小于10％，基质渗透率低至1nD～1μD，属于超低渗多孔介质。对钻井取芯获得的低渗岩样进行渗透率测量，能够为储层评估和生产预报提供关键技术参数，对非常规天然气资源的勘探具有重要意义。
目前对低渗储层岩石的渗透率测量方法主要是压力衰减法。其实验原理是在试验系统中人为制造岩石孔隙和外部环境的压力差，使测试工质气体由外部环境流入岩石孔隙，引起外部环境的压力衰减。通过分析传感器记录的压力衰减曲线，反演获得页岩的渗透率信息。压力衰减法原理有不同的仪器实现形式。以页岩为例，美国石油协会(API)建议的标准实验系统以机加工的圆柱形岩心样品为实验对象，沿圆柱轴线方向造成压力差，进而导致轴向一维气体流动。这种实验系统的缺陷在于：1、由于圆柱页岩样品天然耦合了自然裂隙和基质孔隙，自然裂隙渗透率较高，不能解耦测得基质渗透率；2、实验系统中必须引入围压辅助系统，使系统复杂性增加，同时岩心夹持器设计和加工要求较高。
针对这些缺陷，有研究者提出了针对岩石颗粒样品的压力衰减法实验。这类测量实验的对象是来源于钻井屑或人工致裂的岩石颗粒，从样品的角度屏蔽了大尺度自然裂隙的影响。在实验中设法使岩石颗粒突然暴露在高压气体环境中，造成样品中的径向流动，引发气体环境的压力衰减，并用压力传感器进行记录。这种实验系统中不需要设置围压系统，系统的复杂程度也大幅降低。但系统设计中存在严重的共性问题，使测量结果的可信度较低：(1)为了复现岩石储层压力状况，实验中气体在高压状态下，因此选用的环境压力传感器量程通常在10MPa以上，而市面上常见的高压压力传感器的精度下限为0.08％，这意味着传感器的置信分辨率大约为8kPa。另一方面，由于岩石的孔隙率较低，孔隙绝对体积较小，如果不能很好地控制系统中气体环境体积和样品孔隙体积的比例，气体环境压力衰减的总量可能与置信分辨率处在同一量级，这使得压力衰减曲线的置信度较低。(2)如果过分地追求较小的环境/孔隙体积比，系统的比热容较低，环境温度波动的影响增大，系统的压力衰减过程受到温度波动的干扰增大，这也会使压力衰减曲线的置信度降低。
综上所述，基于岩石颗粒样品的压力衰减原理、以高压压力传感器为核心测量设备的实验系统，在实验精度方面具有本质性的缺陷，使得低渗岩石样品的渗透率测量值可信度较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种低渗岩石颗粒的渗透率测量系统，可在储层压力条件下测量岩石的渗透率，并显著提高渗透率的测量精度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种低渗岩石颗粒的渗透率测量系统，所述渗透率测量系统包括高压气源装置、参考腔、样品腔、入口压强检测装置、自动阀、球阀、压差检测装置及控制装置，其中，
所述参考腔与所述样品腔之间连通的管道上依次设置有所述自动阀和所述球阀；所述压差检测装置与所述自动阀并联设置，且连接在所述参考腔与所述球阀之间；所述控制装置分别连接所述自动阀和所述压差检测装置；
所述高压气源装置的输出管道与所述参考腔或者所述样品腔连通，所述高压气源装置的输出管道上设置有所述入口压强检测装置，所述入口压强检测装置与所述高压气源装置之间的管道上设置有气体排放口。
可选的，所述渗透率测量系统还包括：
恒温装置，所述参考腔、样品腔、入口压强检测装置、自动阀、球阀及压差检测装置均设置在所述恒温装置中。
可选的，所述渗透率测量系统还包括：
入口阀，设置在所述入口压强检测装置与气体排放口之间的管道上。
可选的，所述样品腔包括：
腔体，所述腔体内部中空，用于放置待测岩石颗粒；所述腔体的上部设有开口，所述腔体的下部设有通气孔，所述通气孔与所述球阀连通；
密封盖，活动设置在所述腔体上，用于盖和所述开口；
筛网，设置在所述腔体的内壁上，且所述待测岩石颗粒放置在所述筛网上。
可选的，所述样品腔还包括：
第一密封件，设置在所述密封盖与所述开口之间，用于密封所述密封盖与所述开口之间的连接处；和/或
第二密封件，设置在所述通气孔与所述球阀之间，用于密封所述通气孔与所述球阀之间的连接处。
可选的，所述渗透率测量系统还包括：
第一温度测量装置，设置在所述参考腔的内部，用于测量所述参考腔的内部环境的温度；和/或
第二温度测量装置，设置在所述样品腔的内部，用于测量所述样品腔的内部环境的温度。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明低渗岩石颗粒的渗透率测量系统通过设置高压气源装置与参考腔或样品腔连接，以及设置自动阀和球阀，可控制参考腔与样品腔内部压强的变化，通过设置压差检测装置检测参考腔与样品腔之间的压强差，通过设置控制装置可准确获得压强变化曲线，进而得到待测岩石颗粒渗透率，能够实现岩石渗透率的高精度反演。
本发明的目的是提供一种低渗岩石颗粒的渗透率测量方法，可提高岩石样品渗透率测量精度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种低渗岩石颗粒的渗透率测量方法，使用上述低渗岩石颗粒的渗透率测量系统，其中，所述渗透率测量方法包括：
将待测岩石颗粒添加到样品腔中，打开球阀、自动阀，通过气体排放口将所述渗透率测量系统及所述待测岩石颗粒的孔隙中的气体抽出；
关闭所述气体排放口，通过高压气源装置对所述渗透率测量系统内部进行加压，通过入口压强检测装置检测得到第一压强p1；
关闭所述球阀，通过所述高压气源装置改变所述渗透率测量系统内部压强，通过所述入口压强检测装置检测得到第二压强p2；
停止所述高压气源装置的加压操作，打开所述球阀后，压差检测装置将测到的参考腔与样品腔之间的压强差信号发送至控制装置；
所述控制装置识别所述压强差信号中的脉冲信号，控制所述自动阀延时关闭；
根据所述压强差信号确定对应岩石颗粒的渗透率。
可选的，所述控制装置根据各所述压强脉冲信号确定对应岩石颗粒的渗透率具体包括：
获取所述样品腔、自动阀、压差检测装置及相连管道的环境体积Ve；
根据所述环境体积Ve计算无量纲孔隙与环境体积的比值f：
获取所述样品腔、自动阀、压差检测装置及相连管道的环境体积Ve；
根据所述环境体积Ve计算无量纲孔隙与环境体积的比值f：
其中，ms表示待测岩石颗粒的质量，ρs表示待测岩石颗粒的密度，φ表示待测岩石颗粒的孔隙率；
计算关于的非线性方程的特征根，选取其中第一个大于0的特征值
根据所述压差检测装置从自动阀被关闭时刻开始时检测的压强信号Δp(t)及最后检测的压强信号(Δp)F确定环境压强变化曲线lnΔpe(t)：
lnΔpe(t)＝ln((Δp)F-Δp(t))；
根据最小二乘法对环境压强变化曲线lnΔpe(t)进行线性拟合得到斜率A；
根据所述斜率A和特征值计算在平均孔隙压强为0.5(p1+p2)下的渗透率k：
其中，r表示待测岩石颗粒的平均半径，μ表示在测量温度和压强下的流体粘性，cg表示等温压缩系数。
可选的，通过所述控制装置调整从所述球阀打开到对自动阀被延时控制关闭的时间间隔tw，使得环境压强变化曲线lnΔpe(t)对时间t呈线性。
可选的，在将待测岩石颗粒添加到样品腔中之前，所述渗透率测量方法还包括：向所述渗透率测量系统中通入高压氮气，对所述渗透率测量系统中的各部件进行漏洞检测。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明低渗岩石颗粒的渗透率测量方法通过设置高压气源装置改变低渗岩石颗粒的渗透率测量系统内的压强，可控制参考腔与样品腔内部压强的变化，通过压差检测装置检测参考腔与样品腔之间的压强差，通过控制装置可准确获得压强变化曲线，进而得到待测岩石颗粒渗透率，能够实现岩石渗透率的高精度反演。
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，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明实施例低渗岩石颗粒的渗透率测量系统的结构示意图；
图2为样品腔结构示意图；
图3为本发明实施例低渗岩石颗粒的渗透率测量方法的结构示意图；
图4为压差检测装置检测的压强差信号示意图；
图5为经过控制装置处理后的压强变化曲线。
符号说明：
高压气源装置—1，参考腔—2，样品腔—3，自动阀—4，球阀—5，控制装置—6，气体排放口—7，入口压强检测装置—8，压差检测装置—9，入口阀—10，恒温装置—11，第一温度测量装置—12，第二温度测量装置—13，腔体—14，开口—15，通气孔—16，密封盖—17，筛网—18。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种低渗岩石颗粒的渗透率测量系统，通过设置高压气源装置与参考腔或样品腔连接，以及设置自动阀和球阀，可控制参考腔与样品腔内部压强的变化，通过设置压差检测装置检测参考腔与样品腔之间的压强差，通过设置控制装置可准确获得压强变化曲线，进而得到待测岩石颗粒渗透率，能够实现岩石渗透率的高精度反演。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明低渗岩石颗粒的渗透率测量系统包括高压气源装置1、参考腔2、样品腔3、自动阀4、球阀5、控制装置6、入口压强检测装置8及压差检测装置9。
其中，所述参考腔2与所述样品腔3之间连通的管道上依次设置有所述自动阀4和所述球阀5；所述压差检测装置9与所述自动阀4并联设置，且连接在所述参考腔2与所述球阀3之间；所述控制装置6分别连接所述自动阀4和所述压差检测装置9；所述高压气源装置1的输出管道与所述参考腔2或者所述样品腔3连通，所述高压气源装置1的输出管道上设置有所述入口压强检测装置8，所述入口压强检测装置8与所述高压气源装置1之间的管道上设置有气体排放口7。
其中，所述高压气源装置1可为高压气瓶、柱塞泵及气动增压泵中至少一者。所述自动阀4可以是电磁阀、电动球阀、气动阀中至少一者。所述球阀5可以是手动阀也可以是自动阀。在本实施例中所述入口压强检测装置8为压力表，所述压差检测装置9为压差检测传感器。所述控制装置6为单片机或PLC，用于根据所述压差检测装置9检测的压强脉冲信号控制自动阀4的开闭。
如图1所示，所述高压气源装置1的输出管道与所述参考腔2连通，但是并不以此为限，所述样品腔3与球阀5可以与所述参考腔的位置互换，即所述高压气源装置1的输出管道与样品腔3连通，所述样品腔3通过球阀5和自动阀4与参考腔2连通。
进一步地，本发明低渗岩石颗粒的渗透率测量系统还包括入口阀10，所述入口阀10设置在所述入口压强检测装置8与气体排放口7之间的管道上，用于控制所述排气通道或加压通道的通断。
为确保测量环境稳定，本发明低渗岩石颗粒的渗透率测量系统还包括恒温装置11，所述参考腔2、样品腔3、入口压强检测装置8、自动阀4、球阀5及压差检测装置9均设置在所述恒温装置11中。其中，所述恒温装置11可为各种培养箱、老化箱或恒温水及油箱，温度波动不超过0.1℃，恒温精度越高，岩石样品渗透率的反演精度越高。
此外，本发明低渗岩石颗粒的渗透率测量系统还包括第一温度测量装置12及第二温度测量装置13；其中，所述第一温度测量装置12设置在所述参考腔2内，用于时刻测量所述参考腔2内部环境的温度变化情况；所述第二温度测量装置13设置在所述样品腔3的内部，用于测量所述样品腔3的内部环境的温度变化情况。可根据所述第一温度测量装置12和第二温度测量装置13测量的数值调整测量环境温度。
进一步地，所述样品腔3具体包括腔体14、密封盖17及筛网18。其中，所述腔体14内部中空，用于放置待测岩石颗粒；所述腔体14的上部设有开口15，所述腔体14的下部设有通气孔16，所述通气孔16与所述球阀5连通；所述密封盖17活动设置在所述腔体上，用于盖和所述开口15。通过所述密封盖17及开口15可向所述腔体14中添加待测岩石颗粒或从所述腔体14中移除待测岩石颗粒。在本实施例中，所述开口设置在所述腔体14的顶部(如图2所示)，所述通气孔16设置在所述腔体14的底部。
所述筛网18设置在所述腔体14的内壁上，且所述待测岩石颗粒放置在所述筛网上。所述筛网18可以通过粘连、机械压紧等形式固定在所述腔体14的内壁上。通过设置所述筛网18能够防止待测岩石颗粒进入所述通气孔中，但不阻断气体进入所述腔体14中。优选的，所述筛网18的网孔直径小于待测岩石颗粒的直径。
为提高所述样品腔3的密封性能，所述样品腔3还包括第一密封件和第二密封件(图中未示出)；第一密封件设置在所述密封盖17与所述开口15之间，用于密封所述密封盖17与所述开口15之间的连接处；所述第二密封件设置在所述通气孔16与所述球阀5之间，用于密封所述通气孔16与所述球阀5之间的连接处。其中，所述第一密封件和第二密封件可分别为卡套、密封螺纹、O型圈、密封垫片或法兰等，具体的型号根据测量的气体压强决定。
如图3所示，本发明还提供一种使用上述低渗岩石颗粒的渗透率测量系统的低渗岩石颗粒的渗透率测量方法，可提高岩石样品渗透率测量精度。
具体的，本发明低渗岩石颗粒的渗透率测量方法包括：
步骤301：向所述渗透率测量系统中通入高压氮气，对所述渗透率测量系统中的各部件进行漏洞检测。如果出现漏气部件，可及时发现并更换，避免影响后续的测量。
步骤302：将待测岩石颗粒添加到样品腔中，打开球阀、自动阀，通过气体排放口将所述渗透率测量系统及所述待测岩石颗粒的孔隙中的气体抽出。
步骤303：关闭所述气体排放口，通过高压气源装置对所述渗透率测量系统内部进行加压，通过入口压强检测装置检测得到第一压强p1。
步骤304：关闭所述球阀，通过所述高压气源装置改变所述渗透率测量系统内部压强，通过所述入口压强检测装置检测得到第二压强p2。
步骤305：停止所述高压气源装置的加压操作，打开所述球阀后，压差检测装置将测到的参考腔与样品腔之间的压强差信号发送至控制装置。
步骤306：所述控制装置识别所述压强差信号中的脉冲信号，控制所述自动阀延时关闭。
步骤307：所述控制装置根据所述压强差信号确定对应岩石颗粒的渗透率。
在步骤305中，可通过关闭入口阀10，阻断所述高压气源装置的加压通道。压差检测装置9处在工作状态，使控制装置6和自动阀4处在待机状态。打开球阀5的同时，管道压力平衡至pF并由入口压强检测装置8测得，压差检测装置9将测得一个压强脉冲信号发送至控制装置6，所述控制装置6识别该压强脉冲信号，并延时控制自动阀4关闭。
在步骤306中，当压差检测装置9测量的信号不再发生变化时，停止数据采集(如图4所示)。
在步骤307中，所述控制装置根据各所述压强脉冲信号确定对应岩石颗粒的渗透率具体包括：
步骤307a：获取所述样品腔、自动阀、压差检测装置及相连管道的环境体积Ve。在本实施例中，Ve为样品腔3、压差检测装置9低压侧容室和自动阀4低压侧管道的环境体积。
步骤307b：根据所述环境体积Ve计算无量纲孔隙与环境体积的比值f：
其中，ms表示待测岩石颗粒的质量，ρs表示待测岩石颗粒的密度，φ表示待测岩石颗粒的孔隙率。
步骤307c：计算关于的非线性方程的特征根，选取其中第一个大于0的特征值
步骤307d：根据所述压差检测装置从自动阀被关闭时刻开始时检测的压强信号Δp(t)及最后检测的压强信号(Δp)F确定环境压强变化曲线lnΔpe(t)：
lnΔpe(t)＝ln((Δp)F-Δp(t)) 公式(2)。
从所述球阀5打开时刻(t1)到对自动阀4延时控制关闭时刻(t2)的时间间隔tw，根据渗流力学的理论，当tw足够长时，环境压强变化曲线近似为指数形式。可通过所述控制装置调整从所述球阀打开到对自动阀被延时控制关闭的时间间隔tw，使得环境压强变化曲线lnΔpe(t)对时间t呈线性(如图5所示)。
其中，当高压气源装置与参考腔连通时，得到的环境压强变化曲线为压强衰减曲线(如图5所示)，当高压气源装置与样品腔连通时，得到的环境压强变化曲线为压强递增曲线。
步骤307e：根据最小二乘法对环境压强变化曲线lnΔpe(t)进行线性拟合得到斜率A。
步骤307f：根据所述斜率A和特征值计算在平均孔隙压强为0.5(p1+p2)下的渗透率k：
其中，r表示待测岩石颗粒的平均半径，μ表示在测量温度和压强下的流体粘性，cg表示等温压缩系数。
本发明低渗岩石颗粒的渗透率测量系统及测量方法其具有以下优点：
1、本发明提出了一种基于压力衰减法原理的渗透率测量系统，使用耐高压小量程压差检测传感器测量样品环境的压力衰减曲线，较之基于高压压力传感器的系统极大地提高了压力衰减曲线的精度和置信度，进而实现岩石渗透率的高精度反演。
2、本发明由于能够实现对具有微小变化的压力衰减曲线的高精度测量，因而可以放宽对环境/孔隙体积比的要求，适当增大系统管路的死体积和比热容，进而实现更低的温度波动和压力波动。
3、本发明的实验原理能够实现压差传感器耐压极限范围内任意绝对压力下的页岩颗粒渗透率测量，能够在不引起额外的测量误差的条件下，实现对高达26MPa的储层压力条件下的页岩颗粒渗透率测量。
4、本发明低渗岩石颗粒的渗透率测量系统简单易维护，几何尺寸小巧，安全性高，能够与各种常见恒温环境配合。
5、对于富有机质的页岩样品，本发明低渗岩石颗粒的渗透率测量系统的测量精度允许在测定岩石基质渗透率的同时对有机质的扩散系数做出定量测量。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种低渗岩石颗粒的渗透率测量系统，其特征在于，所述渗透率测量系统包括高压气源装置、参考腔、样品腔、入口压强检测装置、自动阀、球阀、压差检测装置及控制装置，其中，
所述参考腔与所述样品腔之间连通的管道上依次设置有所述自动阀和所述球阀；所述压差检测装置与所述自动阀并联设置，且连接在所述参考腔与所述球阀之间；所述控制装置分别连接所述自动阀和所述压差检测装置；
所述高压气源装置的输出管道与所述参考腔或者所述样品腔连通，所述高压气源装置的输出管道上设置有所述入口压强检测装置，所述入口压强检测装置与所述高压气源装置之间的管道上设置有气体排放口。
2.根据权利要求1所述的低渗岩石颗粒的渗透率测量系统，其特征在于，所述渗透率测量系统还包括：
恒温装置，所述参考腔、样品腔、入口压强检测装置、自动阀、球阀及压差检测装置均设置在所述恒温装置中。
3.根据权利要求1所述的低渗岩石颗粒的渗透率测量系统，其特征在于，所述渗透率测量系统还包括：
入口阀，设置在所述入口压强检测装置与气体排放口之间的管道上。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的低渗岩石颗粒的渗透率测量系统，其特征在于，所述样品腔包括：
腔体，所述腔体内部中空，用于放置待测岩石颗粒；所述腔体的上部设有开口，所述腔体的下部设有通气孔，所述通气孔与所述球阀连通；
密封盖，活动设置在所述腔体上，用于盖和所述开口；
筛网，设置在所述腔体的内壁上，且所述待测岩石颗粒放置在所述筛网上。
5.根据权利要求4所述的低渗岩石颗粒的渗透率测量系统，其特征在于，所述样品腔还包括：
第一密封件，设置在所述密封盖与所述开口之间，用于密封所述密封盖与所述开口之间的连接处；和/或
第二密封件，设置在所述通气孔与所述球阀之间，用于密封所述通气孔与所述球阀之间的连接处。
6.根据权利要求1所述的低渗岩石颗粒的渗透率测量系统，其特征在于，所述渗透率测量系统还包括：
第一温度测量装置，设置在所述参考腔的内部，用于测量所述参考腔的内部环境的温度；和/或
第二温度测量装置，设置在所述样品腔的内部，用于测量所述样品腔的内部环境的温度。
7.一种低渗岩石颗粒的渗透率测量方法，其特征在于，使用根据权利要求1-6中任一项所述的低渗岩石颗粒的渗透率测量系统，其中，所述渗透率测量方法包括：
将待测岩石颗粒添加到样品腔中，打开球阀、自动阀，通过气体排放口将所述渗透率测量系统及所述待测岩石颗粒的孔隙中的气体抽出；
关闭所述气体排放口，通过高压气源装置对所述渗透率测量系统内部进行加压，通过入口压强检测装置检测得到第一压强p1；
关闭所述球阀，通过所述高压气源装置改变所述渗透率测量系统内部压强，通过所述入口压强检测装置检测得到第二压强p2；
停止所述高压气源装置的加压操作，打开所述球阀后，压差检测装置将测到的参考腔与样品腔之间的压强差信号发送至控制装置；
所述控制装置识别所述压强差信号中的脉冲信号，控制所述自动阀延时关闭；
根据所述压强差信号确定对应岩石颗粒的渗透率。
8.根据权利要求7所述的低渗岩石颗粒的渗透率测量方法，其特征在于，所述控制装置根据各所述压强脉冲信号确定对应岩石颗粒的渗透率具体包括：
获取所述样品腔、自动阀、压差检测装置及相连管道的环境体积Ve；
根据所述环境体积Ve计算无量纲孔隙与环境体积的比值f：
其中，ms表示待测岩石颗粒的质量，ρs表示待测岩石颗粒的密度，φ表示待测岩石颗粒的孔隙率；
计算关于的非线性方程的特征根，选取其中第一个大于0的特征值
根据所述压差检测装置从自动阀被关闭时刻开始时检测的压强信号Δp(t)及最后检测的压强信号(Δp)F确定环境压强变化曲线lnΔpe(t)：
lnΔpe(t)＝ln((Δp)F-Δp(t))；
根据最小二乘法对环境压强变化曲线lnΔpe(t)进行线性拟合得到斜率A；
根据所述斜率A和特征值计算在平均孔隙压强为0.5(p1+p2)下的渗透率k：
其中，r表示待测岩石颗粒的平均半径，μ表示在测量温度和压强下的流体粘性，cg表示等温压缩系数。
9.根据权利要求8所述的低渗岩石颗粒的渗透率测量方法，其特征在于，通过所述控制装置调整从所述球阀打开到对自动阀被延时控制关闭的时间间隔tw，使得环境压强变化曲线lnΔpe(t)对时间t呈线性。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的低渗岩石颗粒的渗透率测量方法，其特征在于，在将待测岩石颗粒添加到样品腔中之前，所述渗透率测量方法还包括：向所述渗透率测量系统中通入高压氮气，对所述渗透率测量系统中的各部件进行漏洞检测。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710040427.8A CN106769778B (zh) | 2017-01-20 | 2017-01-20 | 一种低渗岩石颗粒的渗透率测量系统及测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710040427.8A CN106769778B (zh) | 2017-01-20 | 2017-01-20 | 一种低渗岩石颗粒的渗透率测量系统及测量方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106769778A true CN106769778A (zh) | 2017-05-31 |
| CN106769778B CN106769778B (zh) | 2019-05-10 |
Family
ID=58944859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710040427.8A Active CN106769778B (zh) | 2017-01-20 | 2017-01-20 | 一种低渗岩石颗粒的渗透率测量系统及测量方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106769778B (zh) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107655805A (zh) * | 2017-08-30 | 2018-02-02 | 苏州开洛泰克科学仪器科技有限公司 | 一种低渗岩矿颗粒的渗透率测量系统及方法 |
| CN108153935A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-06-12 | 东南大学 | 一种构建胶凝材料多孔结构的方法 |
| CN108801879A (zh) * | 2018-08-10 | 2018-11-13 | 清华大学 | 一种页岩基质颗粒孔隙率和渗透率一体化测量系统及方法 |
| CN109752406A (zh) * | 2019-01-24 | 2019-05-14 | 中国石油大学(北京) | 低渗致密岩石比热容参数的测量装置 |
| CN109813643A (zh) * | 2019-01-01 | 2019-05-28 | 中国人民解放军63653部队 | 一种混凝土及其表面覆膜涂层材料的气体渗透率测量方法 |
| CN109813645A (zh) * | 2019-03-19 | 2019-05-28 | 苏州开洛泰克科学仪器科技有限公司 | 一种低渗岩矿岩心柱塞的径向渗透率测量系统及方法 |
| CN112098292A (zh) * | 2019-06-18 | 2020-12-18 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于二维渗流效应的微纳孔隙材料高温气体渗透率的测量装置及方法 |
| CN112362552A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-02-12 | 中国石油大学(北京) | 一种页岩基质渗透率测定装置和方法 |
| CN112834405A (zh) * | 2021-01-07 | 2021-05-25 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 | 岩芯覆压基质渗透率的测试方法及装置 |
| CN113906283A (zh) * | 2019-05-24 | 2022-01-07 | 沙特阿拉伯石油公司 | 在渗透率测量系统中检测泄漏的方法 |
| CN118329736A (zh) * | 2024-06-11 | 2024-07-12 | 山东石油化工学院 | 一种储层岩心渗透率测定装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6116081A (en) * | 1996-09-30 | 2000-09-12 | Becton, Dickinson And Company | Rapid evaluation of thin-film barrier coatings on thick substrates via transient response measurements |
| JP2012154838A (ja) * | 2011-01-27 | 2012-08-16 | Technoeye Inc | 水蒸気透過率測定装置および測定方法 |
| CN103226089A (zh) * | 2013-03-26 | 2013-07-31 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种页岩气体渗透率测定方法及页岩气体渗透率测定仪 |
| CN104729973A (zh) * | 2015-04-15 | 2015-06-24 | 合肥工业大学 | 一种薄膜渗透仪及其测量方法 |
-
2017
- 2017-01-20 CN CN201710040427.8A patent/CN106769778B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6116081A (en) * | 1996-09-30 | 2000-09-12 | Becton, Dickinson And Company | Rapid evaluation of thin-film barrier coatings on thick substrates via transient response measurements |
| JP2012154838A (ja) * | 2011-01-27 | 2012-08-16 | Technoeye Inc | 水蒸気透過率測定装置および測定方法 |
| CN103226089A (zh) * | 2013-03-26 | 2013-07-31 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种页岩气体渗透率测定方法及页岩气体渗透率测定仪 |
| CN104729973A (zh) * | 2015-04-15 | 2015-06-24 | 合肥工业大学 | 一种薄膜渗透仪及其测量方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| X. CUI 等: ""Measurements of gas permeability and diffusivity of tight reservoir rocks: different approaches and their applications"", 《GEOFLUIDS》 * |
| 赵立翠 等: ""页岩储层渗透率测量方法研究进展"", 《断块油气田》 * |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107655805B (zh) * | 2017-08-30 | 2020-02-14 | 苏州开洛泰克科学仪器科技有限公司 | 一种低渗岩矿颗粒的渗透率测量系统及方法 |
| CN107655805A (zh) * | 2017-08-30 | 2018-02-02 | 苏州开洛泰克科学仪器科技有限公司 | 一种低渗岩矿颗粒的渗透率测量系统及方法 |
| CN108153935A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-06-12 | 东南大学 | 一种构建胶凝材料多孔结构的方法 |
| CN108801879A (zh) * | 2018-08-10 | 2018-11-13 | 清华大学 | 一种页岩基质颗粒孔隙率和渗透率一体化测量系统及方法 |
| CN109813643B (zh) * | 2019-01-01 | 2021-06-08 | 中国人民解放军63653部队 | 一种混凝土及其表面覆膜涂层材料的气体渗透率测量方法 |
| CN109813643A (zh) * | 2019-01-01 | 2019-05-28 | 中国人民解放军63653部队 | 一种混凝土及其表面覆膜涂层材料的气体渗透率测量方法 |
| CN109752406A (zh) * | 2019-01-24 | 2019-05-14 | 中国石油大学(北京) | 低渗致密岩石比热容参数的测量装置 |
| CN109813645A (zh) * | 2019-03-19 | 2019-05-28 | 苏州开洛泰克科学仪器科技有限公司 | 一种低渗岩矿岩心柱塞的径向渗透率测量系统及方法 |
| CN109813645B (zh) * | 2019-03-19 | 2021-07-02 | 苏州开洛泰克科学仪器科技有限公司 | 一种低渗岩矿岩心柱塞的径向渗透率测量系统及方法 |
| CN113906283A (zh) * | 2019-05-24 | 2022-01-07 | 沙特阿拉伯石油公司 | 在渗透率测量系统中检测泄漏的方法 |
| CN112098292A (zh) * | 2019-06-18 | 2020-12-18 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于二维渗流效应的微纳孔隙材料高温气体渗透率的测量装置及方法 |
| CN112098292B (zh) * | 2019-06-18 | 2023-11-17 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于二维渗流效应的微纳孔隙材料高温气体渗透率的测量装置及方法 |
| CN112362552A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-02-12 | 中国石油大学(北京) | 一种页岩基质渗透率测定装置和方法 |
| CN112834405A (zh) * | 2021-01-07 | 2021-05-25 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 | 岩芯覆压基质渗透率的测试方法及装置 |
| CN118329736A (zh) * | 2024-06-11 | 2024-07-12 | 山东石油化工学院 | 一种储层岩心渗透率测定装置 |
| CN118329736B (zh) * | 2024-06-11 | 2024-08-16 | 山东石油化工学院 | 一种储层岩心渗透率测定装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106769778B (zh) | 2019-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106769778B (zh) | 一种低渗岩石颗粒的渗透率测量系统及测量方法 | |
| Fink et al. | Apparent permeability of gas shales–Superposition of fluid-dynamic and poro-elastic effects | |
| CN105910971B (zh) | 富有机质致密岩心气体渗透率和扩散系数的联测方法 | |
| CN110296921B (zh) | 储层条件下稳态法页岩气体渗透率的测试装置及测试方法 | |
| CN109001243B (zh) | 一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法与装置 | |
| US5265462A (en) | Method and apparatus for determining permeability, diffusivity, porosity, and gas storage in gas-containing substrates | |
| CN108801879B (zh) | 一种页岩基质颗粒孔隙率和渗透率一体化测量系统及方法 | |
| US5261267A (en) | Method and apparatus for rock property determination using pressure transient techniques and variable volume vessels | |
| CN109813643A (zh) | 一种混凝土及其表面覆膜涂层材料的气体渗透率测量方法 | |
| McPhee et al. | Routine core analysis | |
| CN106124381A (zh) | 低渗煤储层瓦斯启动压力梯度和渗透率的现场测试方法 | |
| CN106556687A (zh) | 弱胶结未成岩水合物声学和饱和度同步测试装置及方法 | |
| Berre | Triaxial testing of soft rocks | |
| Gaus et al. | Gas permeability tests on core plugs from unconventional reservoir rocks under controlled stress: a comparison of different transient methods | |
| Boualam et al. | Stress-Dependent Permeability and Porosity in Three Forks Carbonate Reservoir, Williston Basin. | |
| CN110501272A (zh) | 三轴应力和孔隙压力条件下同时测试多孔岩石孔隙率和渗透率的方法 | |
| CN106769684B (zh) | 页岩气扩散能力测试系统 | |
| Feng | An optimized transient technique and flow modeling for laboratory permeability measurements of unconventional gas reservoirs with tight structure | |
| CN105606507A (zh) | 粘性土临界水力梯度测试仪及测试方法 | |
| Yang et al. | Permeability evolution characteristics of intact and fractured shale specimens | |
| CN109813645A (zh) | 一种低渗岩矿岩心柱塞的径向渗透率测量系统及方法 | |
| CN117664831A (zh) | 一种同时测定致密岩石渗透率及孔隙度的方法 | |
| CN115704759A (zh) | 纹层状页岩应力敏感数学表征方法 | |
| CN113624654B (zh) | 岩石孔隙度测量装置及方法 | |
| Anwar et al. | Detecting and characterizing fluid leakage through wellbore flaws using fiber-optic distributed acoustic sensing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |