CN109781602B - 页岩岩心驱替气量和水量同测计量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种页岩岩心驱替气量和水量同测计量装置及方法，它包括自动液压泵A（1）、自动液压泵B（2）、自动液压泵C（3）、气样中间容器A（4）、水样中间容器（5）、针型阀A（6）、针型阀B（7）、三通阀A（8）、压力表A（9）、岩心夹持器（10）、压力表B（11）、回压阀（12）、气水同测装置（13）、气样中间容器B（14）、自动液压泵D（15）、三通阀B（17）、真空泵（19）及计算机（16）。本发明用水驱替饱和气的岩心或用气驱替饱和水的岩心，可以准确的同时测定页岩岩心驱替的小气量和微水量，具有测量准确性高，可操作性强，适合推广应用等特点。

Description

页岩岩心驱替气量和水量同测计量装置及方法

技术领域

本发明涉及页岩气渗流领域，特别是页岩岩心驱替气量和水量同时测量的装置及方法。

背景技术

页岩气属于非常规天然气，是一种清洁，高效的能源资源和化工原料。我国页岩气分布广，类型多，资源潜力大，初步估计可采资源量为36.1万亿立方米，与常规天然气相当。

随着页岩气的勘探开发，对页岩岩心的相关研究也更加深入，特别是在页岩岩心非稳态相渗测试中，还存在一系列难点。

气水相渗是页岩气开发过程中的重要基础数据，依据行业推荐标准SY/T5345-2007“岩石中两相流体相对渗透率测定方法”，气体流量利用湿式流量计计量，水的流量利用管式流量计计量。目前存在的主要难点有：因页岩岩心孔隙度很低，岩心孔隙体积极小，行业推荐标准中气量和水量的计量方法已经不能用于页岩气水相渗的测量中，特别是页岩岩心非稳态相渗的测试中，因此有必要建立新的用于计量页岩岩心小气量和微水量的测量方法及装置。

专利号为CN103645126的发明专利，公开了地层高温高压气水相渗曲线测定方法，该方法利用重力分离气水，再分别计量水和气，但是该计量方法无法用于页岩岩心驱替过程中水和气的计量，在用气驱替饱和水的岩心时，因水量太少，无法实时计量，或有可能直接计量不到；在用水驱替饱和气的岩心时，因气量太少，直接计量不到。

发明内容

为了克服现有技术缺点，本发明设计出一种用于页岩岩心驱替气量和水量同时测量的装置及方法，可以准确的同时测定页岩岩心驱替的小气量和微水量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种页岩岩心驱替气量和水量同测计量装置，它包括自动液压泵A、自动液压泵B、自动液压泵C、气样中间容器A、水样中间容器、三通阀A、岩心夹持器、回压阀、气水同测装置、气样中间容器B、自动液压泵D、三通阀B、真空泵及计算机；自动液压泵A与岩心夹持器的围压口连接；自动液压泵B与气样中间容器A连接，自动液压泵C与水样中间容器连接，气样中间容器A和水样中间容器分别与三通阀A两个端口连接，所述三通阀A的另一个端口与岩心夹持器的进口端连接；自动液压泵D与气样中间容器B连接，气样中间容器B与回压阀连接，回压阀的一个端口和真空泵分别与三通阀B两个端口连接，所述三通阀B与岩心夹持器的出口端连接；回压阀的另一个端口与气水同测装置连接，气水同测装置的输出与计算机连接；所述自动液压泵可设定压力或流速。

进一步的，在所述三通阀A与岩心夹持器之间的连接管路中设有压力表A，在三通阀B与岩心夹持器之间的连接管路中设有压力表B。

进一步的，在所述气样中间容器A与三通阀A之间的连接管路设有针型阀A，在所述水样中间容器与三通阀A之间的连接管路中设有针型阀B，在所述真空泵与三通阀B之间的连接管路中设有针型阀C。

进一步的，所述气水同测装置包括激光发射器A、激光发射器B、光敏电阻A、光敏电阻B及透明管；所述激光发射器A、激光发射器B位于透明管的一侧，光敏电阻A、光敏电阻B位于透明管另一侧对应位置，光敏电阻A和光敏电阻B用于接收对应激光发射器的激光束并将之转化为电信号并将其传送给计算机。

进一步的，所述气水同测装置中，激光发射器A、激光发射器B的发射的激光束照射范围小于透明管直径。

一种页岩岩心驱替气量和水量同测计量的方法，其特征在于：包括以下任意一个步骤：

S1，基于水驱替饱和气岩心的驱替气水量同测步骤；

S2，基于气驱替饱和水岩心的驱替气水量同测步骤；

其中，所述基于水驱替饱和气岩心的驱替气水量同测步骤，包括如下子步骤：

S11：选取实验用页岩岩心，测量基础参数后放入岩心夹持器中，加围压至实验要求压力，打开针型阀C，用真空泵抽真空，达到真空条件后关闭针型阀C，然后关闭真空泵；

S12：利用自动液压泵D推动气样中间容器B，将回压阀压力加到指定压力；

S13：打开针型阀A，利用自动液压泵B推动气样中间容器A用指定压力给岩心饱和气，然后关闭针型阀A；

S14：打开气水同测装置；

S15：打开针型阀，利用自动液压泵C推动水样中间容器，用实验要求压力或速度进行气驱水的实验；

S16：驱替至实验要求时间或水量或气量，停止实验；

S17：计算机直接处理得到实时的气量和水量，以及累积量和各自的流速。

所述基于气驱替饱和水岩心的驱替气水量同测步骤，包括如下子步骤：

S21：选取实验用页岩岩心，测量基础参数后放入岩心夹持器中，加围压至实验要求压力，打开针型阀C，用真空泵抽真空，达到真空条件后关闭针型阀C，然后关闭真空泵；

S22：利用自动液压泵D推动气样中间容器B，将回压阀压力加到指定压力；

S23：打开针型阀B，利用自动液压泵C推动水样中间容器用指定压力给岩心饱和水，然后关闭针型阀B；

S24：打开气水同测装置；

S25：打开针型阀A，利用自动液压泵B推动气样中间容器A，用实验要求压力或速度进行水驱气的实验；

S26：驱替至实验要求时间或水量或气量，停止实验；

S27：计算机直接处理得到实时的气量和水量，以及累积量和各自的流速。

进一步的，所述流速v的计算式为：

其中，s是两激光发射器之间距离，t₁为激光发射器A记录曲线出现第一次波动的开始时间点、t₃为激光发射器B记录曲线出现第一次波动的结束时间点。

进一步的，所述水量以液体体积V_l计，其计算式为：

V_l＝ν*(t₃-t₂)*A；

式中，v为流速，t₂为激光发射器B记录曲线出现第一次波动的开始时间点、t₃为激光发射器B记录曲线出现第一次波动的结束时间点，A为透明管24流通通道端面积。

进一步的，所述气量以气体体积V_g计，其计算式为：

V_g＝ν*(t₄-t₃)*A；

式中，v为流速，t₃为激光发射器B记录曲线出现第一次波动的结束时间点、t₄为激光发射器B记录曲线出现第二次波动的开始时间点，A为透明管24流通通道端面积。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明所述的装置和方法可以准确的同时测定页岩岩心驱替的小气量和微水量，具有测量准确性高，可操作性强，适合推广应用等特点。

附图说明

图1为页岩岩心驱替气量和水量同测计量装置示意图；

图2为气水同测装置示意图；

图3为计算机显示波形示意图；

图中1-自动液压泵A，2-自动液压泵B，3-自动液压泵C，4-气样中间容器，5-水样中间容器，6-针型阀A，7-针型阀B，8-三通阀A，9-压力表A，10-岩心夹持器，11-压力表B，12-回压阀，13-气水同测装置，14-气样中间容器B，15-自动液压泵D，16-计算机，17-三通阀B，18-针型阀C，19-真空泵，20-激光发射器A，21-激光发射器B，22-光敏电阻A，23-光敏电阻B，24-透明管。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种页岩岩心驱替气量和水量同测计量装置，它包括自动液压泵A1、自动液压泵B2、自动液压泵C3、气样中间容器A4、水样中间容器5、三通阀A8、岩心夹持器10、回压阀12、气水同测装置13、气样中间容器B14、自动液压泵D15、三通阀B17、真空泵19及计算机16；自动液压泵A1与岩心夹持器10的围压口连接，自动液压泵B2与气样中间容器A4连接，自动液压泵C3与水样中间容器5连接，气样中间容器A4和水样中间容器5分别与三通阀A8两个端口连接，所述三通阀8A的另一个端口与岩心夹持器10的进口端连接；自动液压泵D15与气样中间容器B14连接，气样中间容器B14与回压阀12连接，回压阀12的一个端口和真空泵19分别与三通阀B17两个端口连接，所述三通阀B17与岩心夹持器10的出口端连接；回压阀12的另一个端口与气水同测装置13连接，气水同测装置13的输出与计算机16连接；所述自动液压泵可设定恒定压力或流速。

在所述三通阀A8与岩心夹持器10之间的连接管路中设有压力表A9，在三通阀B17与岩心夹持器10之间的连接管路中设有压力表B11。

在所述气样中间容器A4与三通阀A8之间的连接管路设有针型阀A6，在所述水样中间容器5与三通阀A8之间的连接管路中设有针型阀B7，在所述真空泵19与三通阀B17之间的连接管路中设有针型阀C18。

如图2所示，其中气水同测装置13包括激光发射器A20、激光发射器B21、光敏电阻A22、光敏电阻B23及透明管24；所述激光发射器A20、激光发射器B21位于透明管24的一侧，光敏电阻A22、光敏电阻B23位于透明管24另一侧对应位置，光敏电阻A22和光敏电阻B23用于接收对应激光发射器的激光束并将之转化为电信号并将其传送给计算机16。所述气水同测装置13中，激光发射器A20、激光发射器B21的发射的激光束照射范围小于透明管24直径。

一种页岩岩心驱替气量和水量同测计量装置用于页岩岩心驱替气量和水量同测计量的方法，包括以下任意一个步骤：

S1，基于水驱替饱和气岩心的驱替气水量同测步骤；

S2，基于气驱替饱和水岩心的驱替气水量同测步骤；

其中，所述基于水驱替饱和气岩心的驱替气水量同测步骤，包括如下子步骤：

S11：选取实验用页岩岩心，测量基础参数后放入岩心夹持器10中，用自动液压泵A1直接向岩心夹持器中注入液压油，从而给岩心施加围压；加围压至实验要求压力，模拟地层真实压力，保证岩心前后流体不泄漏；打开针型阀C17，用真空泵19抽真空，达到真空条件后关闭针型阀C17；

S12：利用自动液压泵D15推动气样中间容器B14，将回压阀12压力加到指定压力，保证前后驱替压差，回压根据前端驱替压力和围压设定；

S13：打开针型阀A6，利用自动液压泵B2推动气样中间容器A4用指定压力给岩心饱和气；然后关闭针型阀A6；

S14：打开气水同测装置13；

S15：打开针型阀7，利用自动液压泵C3推动水样中间容器5，用实验要求压力或速度进行气驱水的实验；

S16：驱替至实验要求时间或水量或气量，停止实验；

S17：计算机16直接处理得到实时的气量和水量，以及累积量和各自的流速。

其中，所述基于气驱替饱和水岩心的驱替气水量同测步骤，包括如下子步骤：

S21：选取实验用页岩岩心，测量基础参数后放入岩心夹持器10中，用自动液压泵A1直接向岩心夹持器中注入液压油，从而给岩心施加围压；加围压至实验要求压力，模拟地层真实压力，保证岩心前后流体不泄漏；打开针型阀C17，用真空泵19抽真空，达到真空条件后关闭针型阀C17；

S22：利用自动液压泵D15推动气样中间容器B14，将回压阀12压力加到指定压力；

S23：打开针型阀B7，利用自动液压泵C3推动水样中间容器5用指定压力给岩心饱和水；然后关闭针型阀B7；

S24：打开气水同测装置13；

S25：打开针型阀A6，利用自动液压泵B2推动气样中间容器A4，用实验要求压力或速度进行水驱气的实验；

S26：驱替至实验要求时间或水量或气量，停止实验；

S27：计算机16直接处理得到实时的气量和水量，以及累积量和各自的流速。

根据实验方案或行业推荐标准，设定压力或驱替流速。

光敏电阻在不同光照强度下电阻会发生变化，利用这一特性，当透明管中有液柱流动时，照射的光线部分会被阻挡，光的强度发生变化，光敏电阻的阻值发生变化，从而将改变的光信号转化为电信号，利用电路将这一信号传输到计算机，以波形呈现，进而可计算出液体体积，液柱间气体体积以及管中气液两相的流速。

流速v的计算式为：

其中，s是两激光发射器之间距离，t₁为激光发射器A20记录曲线出现第一次波动的开始时间点；t₃为激光发射器B21记录曲线出现第一次波动的结束时间点。

水量以液体体积V_l计，其计算式为：

V_l＝ν*(t₃-t₂)*A；

式中，v为流速，t₂为激光发射器B21记录曲线出现第一次波动的开始时间点、t₃为激光发射器B21记录曲线出现第一次波动的结束时间点，A为透明管24流通通道端面积。

进一步的，所述气量以气体体积V_g计，其计算式为：

V_g＝ν*(t₄-t₃)*A；

式中，v为流速，t₃为激光发射器B21记录曲线出现第一次波动的结束时间点、t₄为激光发射器B21记录曲线出现第二次波动的开始时间点，A为透明管24流通通道端面积。

以上揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作地等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种页岩岩心驱替气量和水量同测计量装置，其特征在于：包括自动液压泵A(1)、自动液压泵B(2)、自动液压泵C(3)、气样中间容器A(4)、水样中间容器(5)、三通阀(8)、岩心夹持器(10)、回压阀(12)、气水同测装置(13)、气样中间容器B(14)、自动液压泵D(15)、三通阀B(17)、真空泵(19)及计算机(16)；自动液压泵A(1)与岩心夹持器(10)的围压口连接；自动液压泵B(2)与气样中间容器A(4)连接，自动液压泵C(3)与水样中间容器(5)连接，气样中间容器A(4)和水样中间容器(5)分别与三通阀A(8)两个端口连接，所述三通阀A(8)的另一个端口与岩心夹持器(10)的进口端连接；自动液压泵D(15)与气样中间容器B(14)连接，气样中间容器B(14)与回压阀(12)连接，回压阀(12)的一个端口和真空泵(19)分别与三通阀B(17)两个端口连接，所述三通阀B(17)与岩心夹持器(10)的出口端连接；回压阀(12)的另一个端口与气水同测装置(13)连接，气水同测装置(13)的输出与计算机(16)连接；所述自动液压泵可设定压力或流速；所述气水同测装置(13)包括激光发射器A(20)、激光发射器B(21)、光敏电阻A(22)、光敏电阻B(23)及透明管(24)；所述激光发射器A(20)、激光发射器B(21)位于透明管(24)的一侧，光敏电阻A(22)、光敏电阻B(23)位于透明管(24)另一侧对应位置，光敏电阻A(22)和光敏电阻B(23)用于接收对应激光发射器的激光束并将之转化为电信号并将其传送给计算机(16)；在所述气样中间容器A(4)与三通阀A(8)之间的连接管路设有针型阀A(6)，在所述水样中间容器(5)与三通阀A(8)之间的连接管路中设有针型阀B(7)，在所述真空泵(19)与三通阀B(17)之间的连接管路中设有针型阀C(18)。

2.根据权利要求1所述的一种页岩岩心驱替气量和水量同测计量装置，其特征在于，在所述三通阀A(8)与岩心夹持器(10)之间的连接管路中设有压力表A(9)，在三通阀B(17)与岩心夹持器(10)之间的连接管路中设有压力表B(11)。

3.根据权利要求1所述的一种页岩岩心驱替气量和水量同测计量装置，其特征在于，所述气水同测装置(13)中，激光发射器A(20)、激光发射器B(21)的发射的激光束照射范围小于透明管(24)直径。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的一种页岩岩心驱替气量和水量同测计量装置用于页岩岩心驱替气量和水量同测计量方法，其特征在于：包括以下任意一个步骤：

S1，基于水驱替饱和气岩心的驱替气水量同测步骤；

S2，基于气驱替饱和水岩心的驱替气水量同测步骤；

其中，所述基于水驱替饱和气岩心的驱替气水量同测步骤，包括如下子步骤：

S11：选取实验用页岩岩心，测量基础参数后放入岩心夹持器(10)中，利用自动液压泵A(1)向岩心夹持器(10)注入液压油，从而给岩心施加围压；加围压至实验要求压力，打开针型阀C(17)，用真空泵(19)抽真空，达到真空条件后关闭针型阀C(17)，然后关闭真空泵(19)；

S12：利用自动液压泵D(15)推动气样中间容器B(14)，将回压阀(12)压力加到指定压力；

S13：打开针型阀A(6)，利用自动液压泵B(2)推动气样中间容器A(4)用指定压力给岩心饱和气，然后关闭针型阀A(6)；

S14：打开气水同测装置(13)；

S15：打开针型阀B(7)，利用自动液压泵C(3)推动水样中间容器(5)，用实验要求压力或速度进行气驱水的实验；

S16：驱替至实验要求时间或水量或气量，停止实验；

S17：计算机(16)根据气水同测装置(13)输出信号直接处理得到实时的气量和水量，以及累积量和各自的流速；

所述基于气驱替饱和水岩心的驱替气水量同测步骤，包括如下子步骤：

S21：选取实验用页岩岩心，测量基础参数后放入岩心夹持器(10)中，利用自动液压泵A(1)向岩心夹持器(10)注入液压油，从而给岩心施加围压；加围压至实验要求压力，打开针型阀C(17)，用真空泵(19)抽真空，达到真空条件后关闭针型阀C(17)，然后关闭真空泵(19)；

S22：利用自动液压泵D(15)推动气样中间容器B(14)，将回压阀(12)压力加到指定压力；

S23：打开针型阀B(7)，利用自动液压泵C(3)推动水样中间容器(5)用指定压力给岩心饱和水，然后关闭针型阀B(7)；

S24：打开气水同测装置(13)；

S25：打开针型阀A(6)，利用自动液压泵B(2)推动气样中间容器A(4)，用实验要求压力或速度进行气驱水的实验；

S26：驱替至实验要求时间或水量或气量，停止实验；

S27：计算机(16)直接处理得到实时的气量和水量，以及累积量和各自的流速。

5.根据权利要求4所述的一种页岩岩心驱替气量和水量同测计量方法，其特征在于，所述流速V的计算公式为：

其中，s是两激光发射器之间距离，t₁为激光发射器A(20)记录曲线出现第一次波动的开始时间点、t₂为激光发射器B(21)记录曲线出现第一次波动的结束时间点。

6.根据权利要求4所述的一种页岩岩心驱替气量和水量同测计量方法，其特征在于，所述水量以液体体积V₁计，其计算式为：

V₁＝v*(t₃-t₂)*A；

式中，v为流速，t₂为激光发射器B(21)记录曲线出现第一次波动的开始时间点、t₃为激光发射器B(21)记录曲线出现第一次波动的结束时间点，A为透明管(24)流通通道端面积。

7.根据权利要求4所述的一种页岩岩心驱替气量和水量同测计量方法，其特征在于，所述气量以气体体积V_g计，其计算式为：

V_g＝v*(t₄-t₃)*A；

式中，v为流速，t₃为激光发射器B(21)记录曲线出现第一次波动的结束时间点、t₄为激光发射器B(21)记录曲线出现第二次波动的开始时间点，A为透明管(24)流通通道端面积。

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