CN110702586A - 一种测量岩芯渗透率的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种测量岩芯渗透率的方法及装置，修正了气体滑移效应与压力变化耦合引起的误差，利用测量早期数据得到低渗岩芯的渗透率。测量岩芯渗透率具体步骤为：1)将岩芯样品侧面包裹后放入渗透率测量装置的样品腔中；2)向上游气体腔内注入一定量的气体，让气体穿过岩芯流向下游，记录上游/下游气体腔压力下降/上升的情况；3)利用测量早期上游气体腔内压力下降而下游压力不变这一时间的上游压力数据，计算岩芯渗透率。采用本发明测量岩芯渗透率的方法得到的低渗岩芯表观渗透率精度高，且测量时间短，是一种全新的高效、准确的非稳态渗透率测量方法。
Description
技术领域
本文涉及油气工程技术，具体涉及石油天然气勘探开发与利用领域。尤指一种测量岩芯渗透率的方法及装置。
背景技术
油气资源是能源安全的命脉。非常规油气资源在中国的储量十分巨大，其产量需要得到稳步的提高。岩芯渗透率的测量是油藏开发过程中的重要环节。常规的稳态测量方法通过测量给定压差下的气体流量来计算渗透率。但对于渗透率较低的岩芯，使用稳态法测量需要很长的时间建立稳态；同时通过的气体流量很小，测量误差很大。非稳态方法通过测量施加压力脉冲后岩芯两侧的压力变化情况来推算岩芯渗透率，可以克服稳态方法的上述缺点。
非稳态方法一般采用氮气、氦气等惰性气体作为工作介质。测量时在岩芯上游加压驱动上游气体穿过岩芯流向下游，导致上游压力降低而下游压力升高，通过测量上下游压力随时间变化推算岩芯渗透率。目前已有的方法在推算渗透率时，一般只使用实验后期(即系统达到拟稳态时)的压力数据，导致实验时间很长。同时将气体压缩性看作常数，没有考虑压力变化时气体压缩性的变化及其压力变化与气体滑移效应的耦合，导致实验存在误差。因此有必要发展能够利用实验早期数据，且考虑物性变化的高效、准确的非稳态渗透率测量方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有的非稳态岩芯渗透率测量方法中没有使用非稳态测量早期的实验数据以及没有考虑物性变化，导致测量时间较长且存在误差的问题，提供了一种考虑气体压缩性变化与气体滑移耦合的非稳态岩芯渗透率测量方法。采用本发明得到的岩芯渗透率精度与其他方法一致，测量时间比采用其他方法大大减少。
本申请提供了一种测量岩芯渗透率的方法及装置，所述方法包括用氮气、二氧化碳、氦气或氩气中的一种或多种对岩芯施加非稳态压力脉冲，记录岩芯两端的压力随时间的变化，并且用测量早期的上游压力数据来计算岩芯的表观渗透率，计算中修正气体压力变化和滑移效应的耦合引起的误差，包括如下步骤：
1)将岩芯样品放置在样品腔中，通过管路将样品腔的两端分别与上游气体腔和下游气体腔相连，使得岩芯样品的上表面与上游气体腔连通，下表面和下游气体腔连通，密封岩芯的侧面；
上游气体腔、样品腔、下游气体腔既可以竖直放置也可水平放置
2)向上游气体腔和下游气体腔充入相同的工作气体，打开两气体腔与样品腔之间的阀门，静止直至两气体腔与样品腔压力相等，即初始平衡压力Pd(0)；
3)关闭上游气体腔与样品腔之间的阀门，向上游气体腔内注入相同的工作气体，即上游初始压力Pu(0)；
4)打开上游气体腔与样品腔之间的阀门，上游气体腔内的气体在压差驱动下从穿过岩芯样品流入下游气体腔，记录上内压力值随时间的变化情况Pu(t)和下游气体腔内压力值随时间的变化情况Pd(t)；
5)由于气体穿过岩芯需要一定时间，实验早期Pd(t)保持恒定，没有明显偏离初始值Pd(0)。利用这段时间的上游气体腔压力Pu(t)推算岩芯的表观渗透率。在上游压力腔压力减小且下游气体腔压力保持不变时记录步骤2)至4)中的各参数，带入式(1)，计算得到岩芯渗透率；
式(1)中，ka—岩芯气体表观渗透率，D；A—岩芯横截面积，cm2；φ—岩芯孔隙度；Vu—上游气箱体积，cm3；Pu(t)—上游气体腔在t时刻的压力值、Pd(t)—下游气体腔在t时刻的压力值，MPa；μ—气体粘度，mPa·s。
在本发明提供的测量岩芯渗透率的方法中，所述工作气体选自氮气、二氧化碳和惰性气体(氦气和氩气)中的一种或多种。
另一方面，本发明提供了一种测量岩芯渗透率的装置，所述装置包含：上游气体腔、样品腔、下游气体腔，所述上游气体腔与样品腔通过管路连通，并在管路上设置有阀门；所述下游气体腔与样品腔通过管路连通，并在管路上设置有阀门；
本发明提供了一种测量岩芯渗透率的装置中，所述上游气体腔和下游气体腔分别与气源相连通，并且上游气体腔和下游气体腔腔体内分别内设置有压力传感器。
本发明提供了一种测量岩芯渗透率的装置在，所述样品腔内，岩芯样品的两端设置有多孔金属圆盘，使得气体在进入岩芯时流动均匀。
本发明提供了一种测量岩芯渗透率的装置中，所述样品腔内设置有包裹岩芯样品侧面的保护套，使得岩芯侧面密封。
另一方面，本发明提供了一种测量岩芯渗透率的装置，所述测量岩芯渗透率的装置使用式(1)计算岩芯渗透率。
本发明的有益效果是：由于本发明考虑了传统方法中未考虑的测量过程中气体物性随压力变化而改变的情况，因此理论上采用本发明提供的计算公式以及测量方法得到的岩芯渗透率精度比传统方法更高。此外，本发明方法利用实验早期数据，比采用实验晚期数据的其他方法所需测量时间大大减少，是一种全新的高效、准确的非稳态渗透率测量方法。
本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书、权利要求书和附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1为本发明所用的致密岩芯渗透率测量装置结构示意图；
附图标记1、上游气体腔压力传感器，2、下游气体腔压力传感器，3、上游多孔金属圆盘，4、下游多孔金属圆盘，5、上游气体腔，6、下游气体腔，7、样品腔。
图2为本发明推算渗透率使用的压力数据示意图，圆框内为早期数据；
图3为本发明与传统采用实验晚期压力数据的方法推算的渗透率对比图；
图4为本发明与其他采用实验晚期压力数据的方法所需时间的对比图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在本发明实施例部分提供了一种测量岩芯渗透率的方法及一种测量岩芯渗透率的装置。
所述测量岩芯渗透率的装置包含：上游气体腔、样品腔、下游气体腔，所述上游气体腔与样品腔通过管路连通，并在管路上设置有阀门；所述下游气体腔与样品腔通过管路连通，并在管路上设置有阀门；
在本发明实施例中，所述上游气体腔和下游气体腔分别与气源相连通，并且上游气体腔和下游气体腔腔体内分别内设置有压力传感器。
在本发明实施例中，所述样品腔内，岩芯样品的两端设置有多孔金属圆盘，使得气体在进入岩芯时流动均匀。
在本发明实施例中，所述样品腔内设置有包裹岩芯样品侧面的保护套，使得岩芯侧面密封。
另一方面，本发明实施例部分提供了所述测量岩芯渗透率的方法，该方法使用非稳态测量早期的上游压力数据进行渗透率推算，考虑了气体压力变化与滑移效应的耦合，包括如下步骤：
1)将岩芯样品放置在样品腔中，通过管路将样品腔的两端分别与上游气体腔和下游气体腔相连，使得岩芯样品的上表面与上游气体腔连通，下表面和下游气体腔连通，密封岩芯的侧面；
上游气体腔、样品腔、下游气体腔既可以竖直放置也可水平放置
2)向上游气体腔和下游气体腔充入相同的工作气体，打开两气体腔与样品腔之间的阀门，静止直至两气体腔与样品腔压力相等，即初始平衡压力Pd(0)；
3)关闭上游气体腔与样品腔之间的阀门，向上游气体腔内注入相同的工作气体，即上游初始压力Pu(0)；
4)打开上游气体腔与样品腔之间的阀门，上游气体腔内的气体在压差驱动下从穿过岩芯样品流入下游气体腔，记录上内压力值随时间的变化情况Pu(t)和下游气体腔内压力值随时间的变化情况Pd(t)；
5)由于气体穿过岩芯需要一定时间，实验早期Pd(t)保持恒定，没有明显偏离初始值Pd(0)。利用这段时间的上游气体腔压力Pu(t)推算岩芯的表观渗透率。在上游压力腔压力减小且下游气体腔压力保持不变时记录步骤2)至4)中的各参数，带入式(1)，计算得到岩芯渗透率；
式(1)中，ka—岩芯气体表观渗透率，D；A—岩芯横截面积，cm2；φ—岩芯孔隙度；Vu—上游气箱体积，cm3；Pu(t)—上游气体腔在t时刻的压力值、Pd(t)—下游气体腔在t时刻的压力值，MPa；μ—气体粘度，mPa·s。
在本发明实施例中，所述工作气体选自氮气、二氧化碳和惰性气体(氦气和氩气)中的一种或多种。
实施例1
在本实施例中，所述岩芯样品的侧面被样品腔内的保护套密封，岩芯样品的两端设置有多孔金属圆盘，使得上游气体腔和下游气体腔内的气体进入岩芯时流动均匀。使用的测量岩芯渗透率的装置如图1所示。
在本实施例中，所述岩芯样品的横截面积(A)为11.341cm2，所述岩芯孔隙度(φ)使用氦气膨胀方法测量，为0.096，所述上游气体腔体积(Vu)为2.419cm3，所述氦气气体粘度μ为2.019×10-2mPa·s；
1)将岩芯样品放置在样品腔内，向上下游气体腔内同时注入氮气，平衡压力在1MPa。打开两气体腔与样品腔之间的阀门，由于氮气渗入岩芯导致气体腔内压力不断减小。经过足够长时间，两气体腔压力稳定在同一数值，记录此时压力值(Pd(0))为0.94MPa。
2)关闭上游气体腔与样品腔之间的阀门，向上游气体腔内注入氮气使其压力升高至1.53MPa。
3)打开上游气体腔与样品腔之间的阀门，氮气从上游气体腔穿过岩芯流入下游气体腔，记录上游/下游气体腔内压力随时间减小/升高的情况。压力数据如图2圆圈框出部分(实验早期部分)所示。
4)由于岩芯渗透率较低，气体穿透岩芯需要较长时间。在打开上游气体腔阀门后12分钟内，观察到上游气体腔内压力减小的同时，下游气体腔内压力不变。将这一段时间的上游气体腔数据代入式(1)，得到该岩芯在1.5MPa下的表观渗透率为3.74×10-7D。
对比例1
根据文献A Technique for Faster Pulse-Decay Permeability Measurementsin Tight Rocks中所述的传统渗透率测量方法，控制在相同压力下测量同一岩芯表观渗透率为5.41×10-7D。从数值上看，本发明方法的测量结果与传统方法得到的结果接近，但本发明在提供的测量方法中考虑了传统测量方法中未考虑的气体物性随压力的变化，因此理论上精度更高。此外，在此对比例中本发明方法用时为10分钟，传统渗透率测量方法用时在1小时以上。因此本发明较传统方法具有用时短、精度高的特点。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (7)
1.一种测量岩芯渗透率的方法，所述方法包括用氮气、二氧化碳氦气或氩气中的一种或多种对岩芯施加非稳态压力脉冲，记录岩芯两端的压力随时间的变化，并且用测量早期的上游压力数据来计算岩芯的表观渗透率，计算中修正气体压力变化和滑移效应的耦合引起的误差。
2.一种测量岩芯渗透率的方法，所述方法包括如下步骤：
1)将岩芯样品放置在样品腔中，通过管路将样品腔的两端分别与上游气体腔和下游气体腔相连，使得岩芯样品的上表面与上游气体腔连通，下表面和下游气体腔连通，密封岩芯的侧面；
2)向上游气体腔和下游气体腔充入相同的工作气体，打开两气体腔与样品腔之间的阀门，静止直至两气体腔与样品腔压力相等，即初始平衡压力Pd(0)；
3)关闭上游气体腔与样品腔之间的阀门，向上游气体腔内注入相同的工作气体，即上游初始压力Pu(0)；
4)打开上游气体腔与样品腔之间的阀门，上游气体腔内的气体在压差驱动下从穿过岩芯样品流入下游气体腔，记录上内压力值随时间的变化情况Pu(t)和下游气体腔内压力值随时间的变化情况Pd(t)；
5)在上游压力腔压力减小且下游气体腔压力保持不变时记录步骤2)至4)中的各参数，带入式(1)，计算得到岩芯渗透率；
式(1)中，ka—岩芯气体表观渗透率，D；A—岩芯横截面积，cm2；φ—岩芯孔隙度；Vu—上游气体腔体积，cm3；Pu(t)—上游气体腔在t时刻的压力值、Pd(0)—初始平衡压力，MPa；μ—气体粘度，mPa·s。
3.根据权利要求2所述的测量岩芯渗透率的方法，其中，所述工作气体选氮气、二氧化碳、氦气和氩气中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的测量岩芯渗透率的方法，其中，所述测量岩芯渗透率的方法为计算低渗岩芯表观渗透率，所述低渗岩芯为表现渗透率在10-4D以下的岩芯。
5.一种岩芯渗透率的测量装置，其特征在于，所述装置包含：上游气体腔、样品腔、下游气体腔，所述上游气体腔与样品腔通过管路连通，并在管路上设置有阀门；所述下游气体腔与样品腔通过管路连通，并在管路上设置有阀门；
所述上游气体腔和下游气体腔分别与气源相连通，并且上游气体腔和下游气体腔腔体内分别内设置有压力传感器。
6.根据权利要求5所述的岩芯渗透率的测量装置，其特征在于，所述样品腔内，岩芯样品的两端设置有多孔金属圆盘，使得气体在进入岩芯时流动均匀。
7.根据权利要求5或6所述的岩芯渗透率的测量装置，其特征在于，所述样品腔内设置有包裹岩芯样品侧面的保护套，使得岩芯侧面密封。
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| CN113866069A (zh) * | 2021-11-15 | 2021-12-31 | 东北石油大学 | 一种页岩岩心渗透率实验装置和方法 |
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| CN114624278A (zh) * | 2022-03-15 | 2022-06-14 | 中国地质大学（武汉） | 一种夹持页岩油岩芯模拟地下原位电加热的装置及方法 |
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| CN115046905A (zh) * | 2022-07-14 | 2022-09-13 | 清华大学 | 一种测量小尺寸多孔材料渗透率的方法和装置 |
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