CN108548745A - 一种岩心的自发渗吸测试方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本说明书提供了一种岩心的自发渗吸测试方法及其装置。岩心的自发渗吸测试方法包括以下步骤：利用尾波干涉法获取岩心在称重法自发渗吸过程中波速的相对变化数据；通过所述波速的相对变化数据对称重法自发渗吸过程中测得的渗吸质量数据进行校准；利用校准后的渗吸质量数据对岩心自发渗吸情况进行分析。本说明书提供的岩心的自发渗吸测试方法，通过尾波干涉法对称重数据进行校准，从而可排除“壁挂现象”的影响，因此，可获得稳定可靠的测试结果。

Description

一种岩心的自发渗吸测试方法及其装置

技术领域

本说明书属于油气开发技术领域，具体涉及一种岩心的自发渗吸测试方法及其装置。

背景技术

由于世界对油气资源需求的增加与开采技术的进步，使非常规油气的开发在国内外成为热点领域之一。非常规油气储层低孔隙度特点使得其自发渗吸对钻井施工及油气藏开发的影响越来越重要。自发渗吸是在多孔介质中由于毛管力的作用而产生的润湿相流体对非润湿相流体的驱替作用。致密储层通常含水饱和度较低，孔隙度极小，从而毛管力作用明显，自发渗吸现象严重。因此自发渗吸的研究对实现油田周期注水 /注气达到渗吸法驱油，页岩气开发中的压裂充能及减小钻井液和压裂液对储层的损害具有重要指导作用。

目前，主要采用体积法或称重法对岩心的自发渗吸进行研究。体积法主要适用于高孔、高渗的岩石样品；而对于低孔、低渗或致密岩样，由岩石孔喉细小导致的渗吸量少、渗吸时间长，以及外界温度、湿度变化引起的润湿液体的蒸发、组分变化，导致其精度较差。与体积法相比，称重法操作方便，精度也相对较高，但是，对于低孔、低渗或致密岩样，由于存在较突出的“挂壁现象”，对称重数据的准确性有显著的影响，因此，也难以满足精确测试的需要。

发明内容

为解决上述问题，本说明书的目的在于提供一种岩心的自发渗吸测试方法，该方法可以忽略“挂壁现象”的影响，从而获得稳定可靠的测试结果。

为实现上述目的，本说明书提供了一种岩心的自发渗吸测试方法，该方法包括以下步骤：利用尾波干涉法获取岩心在称重法自发渗吸过程中波速的相对变化数据；通过所述波速的相对变化数据对称重法自发渗吸过程中测得的渗吸质量数据进行校准；利用校准后的渗吸质量数据对岩心自发渗吸情况进行分析。

本说明书还提供了一种岩心的自发渗吸实验装置，该装置包括：称重法自发渗吸实验装置；可在称重法自发渗吸实验中贴合于岩心设置的脉冲信号输出部和脉冲信号采集部；分别与所述脉冲信号输出部和脉冲信号采集部相连的声波数据采集器；所述脉冲信号输出部、脉冲信号采集部和声波数据采集器组成尾波干涉法实验装置，用于获取岩心在称重法自发渗吸过程中的相关数据。

本说明书提供的岩心的自发渗吸测试方法，通过尾波干涉法对称重数据进行校准，从而排除“壁挂现象”的影响，因此，可获得稳定可靠的测试结果。本说明书提供的岩心的自发渗吸实验装置，通过在称重法自发渗吸实验装置的基础上，增加一套尾波干涉法实验装置，从而可利用尾波干涉法获取的数据对称重数据进行校准。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本申请公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本说明书的理解，并不是具体限定本说明书各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本说明书的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本说明书。在附图中：

图1为本说明书实施方式提供的一种岩心的自发渗吸实验装置的示意图；

图2为本说明书实施方式提供的一种可施加围压的岩心容置器的结构示意图；

图3为本说明书实施方式提供的一种第一旋拧块的结构示意图；

图4为本说明书实施方式提供的一种第二旋拧块的结构示意图；

图5为本说明书实施方式的质量法和声波测试法的测试结果对比图；

图6为本说明书实施方式的渗吸质量和波速变化率的拟合结果；

图7为本说明书实施方式的校准后渗吸质量。

主要附图标号说明：1电子天平；2电子天平托盘；3支架；4悬梁；5岩心容置器；6渗吸液体；7盛液容器；8围压泵；9压力表；10保护罩；11穿线通孔；12脉冲信号采集线；13脉冲信号输出线；14声波数据采集器；15声波数据采集线；16 计算机；17天平数据输入线；18脉冲信号采集部；19第二旋拧块；20待测岩样；21 空腔；22气阀；23围压筒；24第一旋拧块；25脉冲信号输出部；26脉冲信号输出部固定孔；27通孔；28脉冲信号采集部固定孔。

具体实施方式

需要说明的是，当一个零部件被称为“设置于”另一个零部件，它可以直接在另一个零部件上或者也可以存在居中的零部件。当一个零部件被认为是“连接”另一个零部件，它可以是直接连接到另一个零部件或者可能同时存在居中零部件。本说明书所使用的术语“垂直”、“水平”、“左”、“右”以及类似的表述是基于说明书附图为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本说明书实施方式提供一种岩心的自发渗吸测试方法，该方法包括以下步骤：利用尾波干涉法获取岩心在称重法自发渗吸过程中波速的相对变化数据；通过所述波速的相对变化数据对称重法自发渗吸过程中测得的渗吸质量数据进行校准；利用校准后的渗吸质量数据对岩心自发渗吸情况进行分析。

称重法自发渗吸的基本原理是力臂力矩和杠杆原理，连杆一端连着装有岩心的容器，另一端是放在电子天平上已知质量的砝码(也可以采用悬吊方式称重)。将岩心的一个端面与润湿液接触(同向渗吸)或将岩心全部浸没在液体中(逆向渗吸为主)，每隔一定时间记录电子天平读数，直到质量不再增加为止，从而求得该时刻吸入的润湿液量占总孔隙体积的百分数E_t和渗吸体积V_wt：

称重法原理简单，操作方便，精度相对于体积法一般要高，而在此基础上发展起来的全自动电子渗吸仪器会自动记录读数，可以直接绘制出渗吸量随时间的变化曲线。但是，在称重法自发渗吸过程中，“挂壁现象”伴随着实验的整个过程，对测量精度造成了影响。挂壁现象产生的原因是，在渗吸作用下非润湿相被润湿相液体驱替出来并由于界面张力作用黏附在岩心表面，随着渗吸量的增加，小的液珠或气泡会慢慢聚集在一起，重力分异作用逐渐克服界面张力，液珠或气泡就会脱离岩心表面。但是，岩心表面总会滞留有液珠和气泡，导致称重数据会出现误差。尤其是在致密油渗吸实验中，由于渗透率低、孔喉细小，渗吸速率慢，挂壁现象持续时间长，采用传统方法测量的渗吸量和计算的渗吸速率往往存在不小的误差。

在本说明书提供的岩心的自发渗吸测试方法中，通过引入尾波干涉法可基本消除挂壁现象带来的误差。尾波干涉法可以利用两列散射波列的相位差来获得岩心的微弱性质变化，从而反映岩石内部孔裂隙饱水情况。将尾波干涉法实验中获得的波速的相对变化数据与渗吸质量稳定阶段的数据进行拟合，即可获得波速相对变化和渗吸质量(吸入质量)之间的拟合关系式，由于波速相对变化只与岩样中吸入的液体多少有关，获得的结果不受“挂壁现象”效应的影响，结果稳定可靠，因此，可对渗吸质量进行校准。

在本说明书提供的岩心的自发渗吸测试方法中，通过引入尾波干涉法还可极大的减弱“门槛跳跃”造成的误差。“门槛跳跃”效应在液体和干岩样接触时，由于液体表面能和毛管作用对岩心产生一种拉力造成质量的突然增加，这就是门槛跳跃效应，这在水湿岩心渗吸实验中特别明显。

在本说明书提供的岩心的自发渗吸测试方法中，岩心可以为高孔、高渗的岩石样品，也可以为低孔、低渗或致密岩样。但是，尾波干涉法对岩心的微弱性质变化更敏感，因此，该方法特别适用于常规称重法误差较大的低孔、低渗或致密岩样。在本说明书提供的一实施方式中，岩心的性质为：孔隙度小于15％，渗透率小于0.3mD，平均中值半径小于0.3um。

在本说明书提供的岩心的自发渗吸测试方法中，尾波干涉法使用的脉冲信号可以为尾波干涉测试中常用的频率和强度的脉冲信号。在本说明书提供的实施中，尾波干涉法使用的脉冲信号的主频不小于1MHz，带宽为300-1500kHz。

在本说明书提供的岩心的自发渗吸测试方法中，称重法自发渗吸实验可以为常压式的或施压式的。对于低孔、低渗或致密岩样渗吸作用的研究，现有的室内实验通常在常温常压下进行。但是，这类岩样通常微裂隙发育，存在应力敏感现象，常压条件并不能很好的模拟地层条件，实验结果参考价值有限。因此，针对低孔、低渗或致密岩样最好为施压的称重法自发渗吸过程。

在本说明书实施方式的通过所述波速的相对变化数据对称重法自发渗吸过程中测得的渗吸质量数据进行校准的步骤中，进行校准的方式为：将波速的相对变化数据与渗吸质量稳定阶段的数据进行拟合，获得波速的相对变化数据和渗吸质量数据之间的拟合关系式；根据所述拟合关系式获得渗吸质量数据的校准值。

(1)数据采集

采用尾波干涉法，尾波干涉法是利用两列散射波列的相位差来获得介质微弱性质变化的，可反映岩石内部孔裂隙饱水情况，需要引入互相关函数，互相关函数的定义为：

式1中：2t_w为时间窗口长度；t为窗的中心位置；t_s为互相关中所用到的时移值；u_unp为变化前的波场；u_per为变化后的波场；，表示两列波的相关度即相似程度。

尾波的传播时间传播距离l与介质波速之比：t＝l/ν。当散射体、超声信号发射与接收均固定时，介质的波速发生均匀变化δv有：

式2中：δt为由δv引起的传播时间的变化，为波速变化率。由式2可得出走时变化随尾波窗口中心位置t的后移而线性增大，直线斜率为介质波速相对变化。

(2)数据校准

将波速的相对变化与渗吸质量稳定阶段的数据进行拟合，即可获得波速相对变化和渗吸质量(吸入质量)之间的拟合关系式，由于波速相对变化只与岩样中吸入的液体多少有关，获得的结果不受“挂壁现象”效应的影响，结果稳定可靠，因此，可对渗吸质量进行校准。

本说明书还提供了一种岩心的自发渗吸实验装置，该装置包括：称重法自发渗吸实验装置；可在称重法自发渗吸实验中贴合于岩心设置的脉冲信号输出部25和脉冲信号采集部18；分别与所述脉冲信号输出部25和脉冲信号采集部18相连的声波数据采集器14；所述脉冲信号输出部25、脉冲信号采集部18和声波数据采集器14组成尾波干涉法实验装置，用于获取岩心在称重法自发渗吸过程中的相关数据。

请参阅图1，本说明书实施方式提供的岩心的自发渗吸实验装置，是以本领域常规的自发渗吸实验装置为基础，设置尾波干涉法实验装置形成的。尾波干涉法实验装置包括脉冲信号输出部25、脉冲信号采集部18和声波数据采集器14。与声波数据采集器14可通过声波数据采集线15与计算机16相连。脉冲信号输出部25、脉冲信号采集部18可以采用本领域常规的固定方式贴合于待测岩样设置。为了提供贴合的紧密程度，可以在贴合处涂布用于填充岩心凹坑的耦合剂，例如凡士林等。可以通过在岩心外部设置单独的支架用于固定脉冲信号输出部25、脉冲信号采集部18。当然，待测岩样20的端面也最好尽量磨制的光滑，且与固定脉冲信号输出部25、脉冲信号采集部18相适配。为了提高脉冲信号采集效果，脉冲信号采集部18可以大于脉冲信号输出部25。在图2所示的实施方式中，脉冲信号采集部18的直径为8mm，脉冲信号输出部25的直径为10mm。

本说明书实施方式提供的岩心的自发渗吸实验装置，所采用的称重法自发渗吸装置可以为杠杆式，也可以为悬吊式的。在悬吊式中，岩心可以悬吊于称重装置下方，也可以悬吊与称重装置上方。在悬吊与称重装置上方的实施方式中，可通过在称重装置上架设从称重装置托盘向上延伸的悬梁，并在与称重装置托盘上方的一段距离处设置用于放置盛液容器的支架。这样，岩心的质量变化可通过悬梁传导于称重装置，从而提供渗吸质量数据。在图1所示的实施方式中，称重法自发渗吸实验装置包括：称重装置(电子天平1)；设置于称重装置的托盘(电子天平托盘2)上用于悬吊岩心的悬梁4；架设于称重装置上方的支架3；可放置于支架3上的盛液容器7，盛液容器7用于盛装渗吸液体6。该实施方式中，电子天平1可以自动进行称重数据的采集，采集频率可以人工设置。电子天平1可以通过天平数据输入线17与计算机16相连，从而直接将采集的称重数据导入计算机16。

继续参照图1，为了减少外界因素对渗吸环境的干扰，还可以设置一个保护罩10。保护罩10最好为透明材质，例如玻璃。当然，电子天平的玻璃罩可以作为保护罩10。图1所示的实施方式中，保护罩10设置在电子天平1的平台上，将电子天平托盘2、支架3、悬梁4、岩心容置器5、盛液容器7、脉冲信号输出部25、脉冲信号采集部18都罩于内部。脉冲信号采集线12和脉冲信号输出线13通过保护罩10上的穿线通孔11引出外界。

待测岩样20可以通过单独的悬线悬挂于悬梁，也可以如照图1所示的实施方式中，将脉冲信号采集线12和脉冲信号输出线13作为悬线。

继续参照图1，本实施方式中，为了较稳定的悬吊岩心，可以设置岩心容置器5。岩心容置器5至少包括一个能使待测岩样与外界环境进行接触的暴露端。具体地，可根据逆向渗吸实验或同向渗吸实验的需要，设置暴露端。

为了模拟岩心的地层条件，尤其是低孔、低渗或致密岩样在地层条件下的渗吸情况，岩心容置器最好为可向待测岩样20施加围压的容器。请参照图2，在本实施方式中，岩心容置器5包括：围压筒23，围压筒23的筒壁内设置有用于充入施压流体的空腔21；设置于围压筒23一端的第一旋拧块24，第一旋拧块24上设置有通孔27 以及脉冲信号输出部固定孔26；设置于围压筒23另一端的第二旋拧块19，第二旋拧块19上设置有脉冲信号采集部固定孔28。渗吸液体6可通过通孔27与待测岩样20 接触，从而被吸入岩样中。通孔27的大小和个数无特殊要求，最好均匀分布于整个第一旋拧块24上。

请参照图1，在电子天平1外部设置有与岩心容置器5的相连通的围压泵8。具体地，空腔21通过气阀22和压力表9与围压泵8相连。围压泵8可将液体打入空腔 21内，为待测岩样施加围压，围压用压力表9显示，气阀22可锁死空腔21内围压并保持不变。

请参照图3，在该实施方式中，脉冲信号输出部固定孔26设置于第一旋拧块24 的中部，通孔27均匀分布于整个第一旋拧块24的其它位置。

请参照图4，在该实施方式中，脉冲信号采集部固定孔28设置于第二旋拧块19 的中部。

脉冲信号采集部18和脉冲信号输出部25可以按照需要设置在相应的位置。一般情况下，可以将脉冲信号输出部25设置在靠近渗吸开始端的位置，将脉冲信号采集部18设置在靠近渗吸末端的位置。并不一定要将二者设置在相对端。在图1所示的实施方式中，脉冲信号输出部18和括脉冲信号采集部25分别设置于所述岩心容置器5的相对端；其中，脉冲信号输出部18设置于岩心容置器5的暴露端。

在本说明书提供的实施方式中，采用图1所示的装置进行渗吸实验的具体过程为：

第一步：选取岩石样品，钻取直径为25mm圆柱形样品，并将断面磨平，获得待测岩样20。

第二步：将待测岩样20装入岩心容置器5，脉冲信号采集部18和脉冲信号输出部25上涂抹大量凡士林，一方面保证探头与待测岩样20之间紧密贴合，另一方面防止待测液体渗入脉冲信号采集部18、脉冲信号输出部25和待测岩样20之间而影响测试结果，拧紧第一旋拧块和第二旋拧块待测。

第三步：用脉冲信号采集线12和脉冲信号输出线13缠绕固定在悬梁4上，将悬梁4放在电子天平托盘4上，盛液容器7内装入适量渗吸液体6放置在支架3上。

第四步：连接好尾波干涉法实验装置(声波测试系统)，包括脉冲信号采集线 12、脉冲信号输出线13、脉冲信号采集器14和声波数据采集线15，打开计算机15、脉冲信号采集器14和电子天平1，设置脉冲信号采集器14和电子天平1的采样频率。

第五步：调试岩心容置器5的高度，然后放入渗吸液体6中，保证没入液面较大的深度但同时不能触碰盛液容器7任何位置，关闭电子天平的玻璃罩，清零电子天平数据，开始测试并存入计算机16。

第六步：数据处理和整理。

如图5所示，质量法测试结果(即，采用未校准的渗吸质量数据直接计算)存在“挂壁现象”，数据在初期不归零；而且，由于“门槛跳跃”效应，测试过程中的曲线波动较大，准确度较差。图5中的“声波测试法”曲线为波速变化率曲线(式2 计算结果)。图6为渗吸质量和波速变化率的拟合结果，可以看到拟合度达到0.97，结果可靠性好。进一步地，通过拟合的关系式，

式中，m为渗吸的质量。通过上式，带入波速变化率的测试结果，可得到准确的渗吸质量曲线，如图7。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。

Claims (10)

1.一种岩心的自发渗吸测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

利用尾波干涉法获取岩心在称重法自发渗吸过程中波速的相对变化数据；

通过所述波速的相对变化数据对称重法自发渗吸过程中测得的渗吸质量数据进行校准；

利用校准后的渗吸质量数据对岩心自发渗吸情况进行分析；

优选地，所述岩心的孔隙度小于15％，渗透率小于0.3mD，平均中值半径小于0.3um。

2.根据权利要求1所述的岩心的自发渗吸测试方法，其特征在于，在所述利用尾波干涉法获取岩心在称重法自发渗吸过程中波速的相对变化数据的步骤中；

所述尾波干涉法使用的脉冲信号的主频不小于1MHz，带宽为300-1500kHz。

3.根据权利要求1所述的岩心的自发渗吸测试方法，其特征在于，在所述利用尾波干涉法获取岩心在称重法自发渗吸过程中波速的相对变化数据的步骤中；

所述称重法自发渗吸过程为施压的称重法自发渗吸过程。

4.根据权利要求1所述的岩心的自发渗吸测试方法，其特征在于，在所述通过所述波速的相对变化数据对称重法自发渗吸过程中测得的渗吸质量数据进行校准的步骤中，进行校准的方式为：

将波速的相对变化数据与渗吸质量稳定阶段的数据进行拟合，获得波速的相对变化数据和渗吸质量数据之间的拟合关系式；

根据所述拟合关系式获得渗吸质量数据的校准值。

5.一种岩心的自发渗吸实验装置，其特征在于，该装置包括：

称重法自发渗吸实验装置；

可在称重法自发渗吸实验中贴合于岩心设置的脉冲信号输出部和脉冲信号采集部；

分别与所述脉冲信号输出部和脉冲信号采集部相连的声波数据采集器；所述脉冲信号输出部、脉冲信号采集部和声波数据采集器组成尾波干涉法实验装置，用于获取岩心在称重法自发渗吸过程中的相关数据。

6.根据权利要求5所述的岩心的自发渗吸实验装置，其特征在于，所述称重法自发渗吸实验装置包括：

称重装置；

设置于所述称重装置的托盘上的悬梁；所述悬梁用于悬吊岩心；

架设于所述称重装置上方的支架；

可放置于所述支架上的盛液容器，所述盛液容器用于盛装渗吸液体；

优选地，所述称重法自发渗吸实验装置还包括用于减少外界因素对渗吸环境干扰的保护罩。

7.根据权利要求6所述的岩心的自发渗吸实验装置，其特征在于，该装置还包括悬吊于所述悬梁下方的岩心容置器；所述岩心容置器至少包括一个能使待测岩样与外界环境进行接触的暴露端。

8.根据权利要求7所述的岩心的自发渗吸实验装置，其特征在于，所述岩心容置器为可向岩心施加围压的容器；

优选地，所述岩心容置器包括：

围压筒；所述围压筒的筒壁内设置有用于充入施压流体的空腔；

设置于所述围压筒一端的第一旋拧块；所述第一旋拧块上设置有通孔以及脉冲信号输出部固定孔；

设置于所述围压筒另一端的第二旋拧块；所述第二旋拧块上设置有脉冲信号采集部固定孔。

9.根据权利要求7所述的岩心的自发渗吸实验装置，其特征在于，所述脉冲信号输出部和括脉冲信号采集部分别设置于所述岩心容置器的相对端；其中，所述脉冲信号输出部设置于岩心容置器的暴露端。

10.根据权利要求8所述的岩心的自发渗吸实验装置，其特征在于，所述脉冲信号输出部或括脉冲信号采集部的数据传输线作为悬吊线缠绕于所述悬梁上。