CN111811994A - 微管近平衡态扩散能力测试系统和工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微管近平衡态扩散能力测试系统和工作方法，该系统包括：微管夹持器，抽真空系统，气体注入系统，压力检测系统，数据采集处理系统；微管夹持器分别连接抽真空系统、气体注入系统和压力检测系统；压力检测系统连接数据采集处理系统；微管夹持器，用于夹持微管；抽真空系统，用于将微管夹持器夹持的微管抽至真空；气体注入系统，用于将测试气体注入微管夹持器夹持的微管；压力检测系统，用于检测微管夹持器夹持的微管在近平衡态扩散过程中的压力数据；数据采集处理系统，用于根据压力检测系统检测到的压力数据，确定微管近平衡态扩散能力；本发明实现了在低压力水平下快速准确的微管近平衡态扩散能力测试。
Description
技术领域
本发明涉及页岩气开发领域，具体涉及一种微管近平衡态扩散能力测试系统和工作方法。
背景技术
页岩储层具有大量的微、纳米孔隙、渗透率极低，在气井开发后期，达西渗流非常微弱，气体扩散起主导作用，扩散能力表征了气体在孔隙中的运移能力，是进行储层评价和产能预测的关键因素。
为了研究扩散规律，大多数学者采用岩心扩散实验，但岩心孔喉分布复杂，迂曲度高，受吸附/解吸附影响较大，实验时间较长，没有相似性和可推导性，限制了页岩岩心扩散能力规律性的探索。随着微电子机械系统(MEMS)的发展，微管具有高强度，内壁光滑，内径达到微米级的特点(最小内径2μm)，微管束模型可将岩心孔隙空间简化为不等径微管并联，简化了实验流程，也能为页岩扩散能力进行定量表征。
目前，对于微、纳米尺度的页岩，实验仅能模拟压力1atm以上近平衡态扩散规律，经过Knudsen计算，此条件下的气体流动为粘性流或滑脱流，不能表征低压力水平、小压力梯度的扩散主导的气体流动，对研究页岩扩散能力具有局限性。
发明内容
本发明实施例提供一种微管近平衡态扩散能力测试系统，采用真空控压的方式，利用真空方式模拟高努森数的流动，实现了在低压力水平下快速准确的微管近平衡态扩散能力测试，该系统包括：
微管夹持器，抽真空系统，气体注入系统，压力检测系统，数据采集处理系统；微管夹持器分别连接抽真空系统、气体注入系统和压力检测系统；压力检测系统连接数据采集处理系统；
微管夹持器，用于夹持微管；
抽真空系统，用于将微管夹持器夹持的微管抽至真空；
气体注入系统，用于将测试气体注入微管夹持器夹持的微管；
压力检测系统，用于检测微管夹持器夹持的微管在近平衡态扩散过程中的压力数据；
数据采集处理系统，用于根据压力检测系统检测到的压力数据，确定微管近平衡态扩散能力。
本发明实施例还提供一种上述微管近平衡态扩散能力测试系统的工作方法，包括：
将微管夹持器夹持的微管抽至真空；
将测试气体注入微管夹持器夹持的微管；
检测微管夹持器夹持的微管在近平衡态扩散过程中的压力数据；
根据压力检测系统检测到的压力数据，确定微管近平衡态扩散能力。
本发明实施例提供的一种微管近平衡态扩散能力测试系统和工作方法，采用真空控压的方式，利用真空方式模拟高努森数的流动，避免了岩心实验的不可重复性、不可推导性以及无规律性的欠缺，将复杂迂曲的孔喉近似为不等径的微管，研究微管在不同状态下的近平衡态扩散，可以在低压力水平下便捷、快速和准确的测得微管近平衡态扩散能力。
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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本发明实施例一种微管近平衡态扩散能力测试系统的示意图。
图2为本发明实施例一种微管近平衡态扩散能力测试系统的工作方法示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1本发明实施例一种微管近平衡态扩散能力测试系统的示意图所示，本发明实施例提供一种微管近平衡态扩散能力测试系统，采用真空控压的方式，利用真空方式模拟高努森数的流动，实现了在低压力水平下快速准确的微管近平衡态扩散能力，该系统包括：
微管夹持器1，抽真空系统2，气体注入系统3，压力检测系统4，数据采集处理系统5，压力巡检仪6，第一六通阀701，第二六通阀702，第一三通阀801，第二三通阀802；气体注入系统3包括：第一中间容器301和第二中间容器302；压力检测系统4包括：第一压力变送器401和第二压力变送器402；微管夹持器分别连接抽真空系统、气体注入系统和压力检测系统；压力检测系统连接数据采集处理系统；
微管夹持器，用于夹持微管；
抽真空系统，用于将微管夹持器夹持的微管抽至真空；
气体注入系统，用于将测试气体注入微管夹持器夹持的微管；
压力检测系统，用于检测微管夹持器夹持的微管在近平衡态扩散过程中的压力数据；
数据采集处理系统，用于根据压力检测系统检测到的压力数据，确定微管近平衡态扩散能力。
本发明实施例提供的一种微管近平衡态扩散能力测试系统，采用真空控压的方式，利用真空方式模拟高努森数的流动，避免了岩心实验的不可重复性、不可推导性以及无规律性的欠缺，将复杂迂曲的孔喉近似为不等径的微管，研究微管在不同状态下的近平衡态扩散，可以在低压力水平下便捷、快速和准确的测得微管近平衡态扩散能力。
气体在页岩基质中流动和运移时，都要经历相互交替连同的孔隙和喉道，可以将复杂的连同孔喉分布近似等效于不等径微管束模型。因此本申请实施例通过选取不同内径的微管，进行近平衡态扩散能力测试。
具体实施时，在一个实施例中，微管近平衡态扩散能力测试系统，可以包括：微管夹持器，抽真空系统，气体注入系统，压力检测系统，数据采集处理系统；具体实施时，微管可以选取不同内径熔融石英微管，测量其内径、长度等信息，接入微管夹持器。微管夹持器可以用于夹持微管，因本法实施例采用的是真空控压的方式进行微管近平衡态扩散能力测试，微管的压力变化范围较大，采用微管夹持器能够保证微管在进行大幅度压力变化时保持完整不破碎，保障微管近平衡态扩散能力测试的稳定长时间运行。微管夹持器可以分别连接抽真空系统，气体注入系统和压力检测系统，抽真空系统可以用于将微管夹持器夹持的微管抽至真空，从而使得本发明实施例能够在真空控压的方式下进行；在实施例中，将微管夹持器夹持的微管抽至小于等于10-4MPa；在本实施例中，可以采用10-4MPa的真空；气体注入系统，可以用于将测试气体注入微管夹持器夹持的微管，气体注入系统内的测试气体可以是甲烷气，本发明实施例在整个微管近平衡态扩散能力测试的过程中，内部的流体状态全部为气态；压力检测系统，可以用于检测微管夹持器夹持的微管在近平衡态扩散过程中的压力数据；数据采集处理系统，可以用于根据压力检测系统检测到的压力数据，确定微管近平衡态扩散能力。
具体实施时，在一个实施例中前述的气体注入系统可以包括：连接微管夹持器一端的第一中间容器；连接微管夹持器另一端的第二中间容器；在实施例中，第一中间容器和第二中间容器用于向微管夹持器夹持的微管注入测试气体；第一中间容器和第二中间容器内的测试气体可以是甲烷气；气体注入系统的压力是可调的：第一中间容器的压力是可以单独调整的，第二中间容器的压力是可以单独调整的，因此可以通过调整第一中间容器和第二中间容器的压力，实现第一中间容器和第二中间容器存在压差；在实施例中，通过调节第一中间容器和第二中间容器的压力，控制第一中间容器和第二中间容器的压差为设定值。
具体实施时，在一个实施例中前述的压力检测系统，可以包括：连接微管夹持器一端的第一压力变送器；连接微管夹持器另一端的第二压力变送器；第一压力变送器和第二压力变送器还连接数据采集处理系统。在实施例中，压力变送器能够灵敏的感应微管夹持器两端与第一中间容器、第二中间容器的压力，检测产生压力数据，可以包括：检测第一中间容器输出测试气体的压力数据和第二中间容器输出测试气体的压力数据；
具体实施时，在一个实施例中前述的第一压力变送器和第二压力变送器经压力巡检仪连接数据采集处理系统，压力巡检仪将第一压力变送器和第二压力变送器检测产生的压力数据进行采集，供数据采集处理系统进行处理；在一个实施例中，压力巡检仪与第一压力变送器、第二压力变送器和数据处理系统连接，用于对第一压力变送器和第二压力变送器检测到的压力数据进行巡回检测、收集以及输出至数据处理系统。
具体实施时，在一个实施例中，微管夹持器经开关装置，分别连接抽真空系统、气体注入系统和压力检测系统，在一个实施例中，所述开关装置包括六通阀和/或三通阀。在实施例中，前述的六通阀包括第一六通阀和第二六通阀，三通阀包括第一三通阀和第二三通阀；
前述微管夹持器经开关装置，分别连接抽真空系统、气体注入系统和压力检测系统，压力检测系统连接数据采集处理系统，可以包括：微管夹持器经六通阀连连接抽真空系统和气体注入系统，三通阀连接于六通阀与气体注入系统之间，连接压力检测系统；在实施例中，微管夹持器经六通阀连接抽真空系统、气体注入系统，可以包括：微管夹持器的一端经第一六通阀连接第一中间容器和抽真空系统；微管夹持器的另一端经第二六通阀连接第二中间容器和抽真空系统；三通阀连接于六通阀与气体注入系统之间，连接压力检测系统，可以包括：第一三通阀连接于第一六通阀与第一中间容器之间，连接第一压力变送器；第二三通阀连接于第二六通阀与第二中间容器之间，连接第二压力变送器，第一压力变送器和第二压力变送器连接压力巡检仪；压力巡检仪将获取到的压力数据，传送至数据采集处理系统；数据采集处理系统根据压力检测系统检测到的压力数据，确定微管近平衡态扩散能力，可以包括：数据采集处理系统根据压力巡检仪经第一压力变送器和第二压力变送器传递的压力数据，确定微管近平衡态扩散能力；在实施例中，数据采集处理系统可以包括计算机，计算机根据压力巡检仪经第一压力变送器和第二压力变送器传递的压力数据，确定微管近平衡态扩散能力。
本本发明实施例微管近平衡态扩散能力测试系统的难点为压力控制，设备配置负压、高精度、大量程调压阀，量程分别为-0.1MPa-0、0-0.0025MPa、0-1MPa，0-10MPa，0-40MPa(以上均为相对压力)，精度达0.1％F·S。不仅可满足模拟实际地层压力需要，尤其能够模拟负压条件下，扩散作用主导的气体流动。
本发明实施例中还提供了一种微管近平衡态扩散能力测试系统的工作方法，如下面的实施例所述。由于该工作方法解决问题的原理与一种微管近平衡态扩散能力测试系统相似，因此该工作方法的实施可以参见一种微管近平衡态扩散能力测试系统的实施，重复之处不再赘述。
如图2本发明实施例一种微管近平衡态扩散能力测试系统的工作方法的示意图所示，本发明实施例还提供一种微管近平衡态扩散能力测试系统的工作方法，包括：
步骤201，将微管夹持器夹持的微管抽至真空；
步骤202，将测试气体注入微管夹持器夹持的微管；
步骤203，检测微管夹持器夹持的微管在近平衡态扩散过程中的压力数据；
步骤204，根据压力检测系统检测到的压力数据，确定微管近平衡态扩散能力。
具体实施时，在一个实施例中，将微管夹持器夹持的微管抽至真空，包括微管夹持器夹持的微管抽至小于等于10-4MPa，在本实施例中，可以采用10-4MPa的真空。
具体实施时，在一个实施例中，将测试气体注入微管夹持器夹持的微管，检测微管夹持器夹持的微管在近平衡态扩散过程中的压力数据，可以包括：将测试气体注入微管夹持器夹持的微管，使微管夹持器夹持的微管两端的压差达到设定范围，进行微管近平衡态扩散实验，获取微管在近平衡态扩散过程中的压力数据。在实施例中，将微管夹持器夹持的微管抽真空至10-4MPa，按照设定的时间进行稳定；然后，气体注入系统的第一中间容器和第二中间容器，向微管夹持器夹持的微管注入甲烷气至设定值，按照设定时间进行稳定；接着，关闭微管夹持器两端的六通阀，使得气体注入系统的第一中间容器和第二中间容器与微管夹持器的气路断开，调节第一中间容器的压力和第二中间容器的压力，使得第一中间容器与第二中间容器的压差达到设定压差范围，按照设定时间进行稳定；最后，打开微管夹持器两端的六通阀，使得气体注入系统的第一中间容器和第二中间容器与微管夹持器的气路接通，进行微管近平衡态扩散实验，压力检测系统的第一压力变送器和第二压力变送器获取微管在近平衡态扩散过程中的压力数据。
具体实施时，在一个实施例中，前述的根据压力检测系统检测到的压力数据，确定微管近平衡态扩散能力，可以包括：根据压力检测系统检测到的压力数据，确定扩散速度、岩心扩散量和岩心扩散效率；根据扩散速度、岩心扩散量和岩心扩散效率，确定微管近平衡态扩散能力。
具体实施时，在一个实施例中，可以按如下方式，根据压力检测系统检测到的压力数据，确定扩散速度、岩心扩散量和岩心扩散效率：
其中，v为扩散速度，m/s；Qdiff为通过微管的扩散流量；A为微管横截面积，m2；
为岩心扩散量，cm3/s；Ni为孔喉分布频数；βa为岩心扩散效率，％；Qtotal为流过微管的总流量；Pl,0为左端中间容器初始时刻的压力，Pa；Pr,0为右端中间容器初始时刻的压力，Pa；Pl,t为左端中间容器t时刻的压力，Pa；Pr,t右端中间容器t时刻的压力，Pa；rn为微管管径，cm；T为温度，K；t为某一时刻，s。
前述提到的适用于确定扩散速度、岩心扩散量和岩心扩散效率表达式、推导过程和符号为举例说明，本领域技术人员可以理解，在实施时还可以根据需要对上述公式进行一定形式的变形和添加其它的参数或数据，或者提供其它的具体公式，这些变化例均应落入本发明的保护范围。
气体在微管中的流量包括粘性流和扩散流，微管左右中间容器流量的改变利用真实气体方程计算，从而得到总流量，粘性流采用达西公式计算，二者差值即为扩散流量。
在一个实施例中，前述的根据压力检测系统检测到的压力数据，确定扩散速度、岩心扩散量和岩心扩散效率，可以包括：
压力数据包括：左端中间容器t时刻的压力，左端中间容器初始时刻的压力，右端中间容器初始时刻的压力，右端中间容器t时刻的压力；
按如下方式，根据左端容器体积、气体压缩因子、摩尔气体常数、温度、右端容器体积和上述压力数据等，确定左端中间容器流过的气量和右端中间容器流过的气量：
其中，nl为左端中间容器流过的气量，cm3/s；Pl,t为左端中间容器t时刻的压力，Pa；Pl,0为左端中间容器初始时刻的压力，Pa；Vl为左端容器体积，m3；Z为气体压缩因子；R为摩尔气体常数，8.314J/(K·mol)；T为温度，K；nr为右端中间容器流过气量，cm3/s；Pr,0为右端中间容器初始时刻的压力，Pa；Pr,t为右端中间容器t时刻的压力，Pa；Vr为右端容器体积，m3。
前述提到的适用于确定左端中间容器流过的气量和右端中间容器流过的气量表达式、推导过程和符号为举例说明，本领域技术人员可以理解，在实施时还可以根据需要对上述公式进行一定形式的变形和添加其它的参数或数据，或者提供其它的具体公式，这些变化例均应落入本发明的保护范围。
在一个实施例中，按如下方式，根据左端中间容器流过的气量、右端中间容器流过的气量、大气压条件下的气体压缩因子、摩尔气体常数、温度、某一时刻、初始时刻和大气压等，确定流过微管的总流量：
其中，Qtotal为流过微管的总流量，cm3/s；nl为左端中间容器流过的气量，cm3/s；nr为右端中间容器流过气量，cm3/s；Zatm为大气压条件下的气体压缩因子；R为摩尔气体常数，8.314J/(K·mol)；T为温度，K；t为某一时刻，s；t0为初始时刻，s；Patm为大气压，105Pa。
前述提到的适用于确定流过微管的总流量表达式、推导过程和符号为举例说明，本领域技术人员可以理解，在实施时还可以根据需要对上述公式进行一定形式的变形和添加其它的参数或数据，或者提供其它的具体公式，这些变化例均应落入本发明的保护范围。
在一个实施例中，压力数据包括：右端中间容器初始时刻的压力，左端中间容器初始时刻的压力；
按如下方式，根据流过微管的总流量、微管气测渗透率、微管横截面积、大气压、气体粘度、微管长度和上述压力数据等，确定通过流过微管的粘性流量：
其中，QD为流过微管的粘性流流量，cm3/s；Kg为微管气测渗透率，D；A为微管横截面积，m2；Pr,0为右端中间容器初始时刻的压力；Pl,0为左端中间容器初始时刻的压力；Patm为大气压，105Pa；μ为气体粘度，Pa·s；L为微管长度，m。
前述提到的适用于确定通过流过微管的粘性流量表达式、推导过程和符号为举例说明，本领域技术人员可以理解，在实施时还可以根据需要对上述公式进行一定形式的变形和添加其它的参数或数据，或者提供其它的具体公式，这些变化例均应落入本发明的保护范围。
在一个实施例中，按如下方式，根据流过微管的总流量和流过微管的粘性流量，确定通过微管的扩散流量：
Qdiff＝Qtotal-QD
其中，：Qdiff为通过微管的扩散流量，cm3/s；Qtotal为流过微管的总流量，cm3/s；QD为流过微管的粘性流流量，cm3/s。
前述提到的适用于确定通过微管的扩散流量表达式、推导过程和符号为举例说明，本领域技术人员可以理解，在实施时还可以根据需要对上述公式进行一定形式的变形和添加其它的参数或数据，或者提供其它的具体公式，这些变化例均应落入本发明的保护范围。
在一个实施例中，按如下方式，根据通过微管的扩散流量、流过微管的总流量和微管横截面积，确定扩散速度和扩散效率：
其中，Qdiff为通过微管的扩散流量，cm3/s；Qtotal为流过微管的总流量，cm3/s；QD为流过微管的粘性流流量，cm3/s；v为扩散速度，m/s；A为微管横截面积，m2；β为扩散效率，％；Qtotal为流过微管的总流量，cm3/s；QD为流过微管的粘性流流量，cm3/s。
前述提到的适用于确定扩散速度和扩散效率表达式、推导过程和符号为举例说明，本领域技术人员可以理解，在实施时还可以根据需要对上述公式进行一定形式的变形和添加其它的参数或数据，或者提供其它的具体公式，这些变化例均应落入本发明的保护范围。
气体在页岩基质中流动和运移时，都要经历相互交替连同的孔隙和喉道，可以将复杂的连同孔喉分布近似等效于不等径微管束模型。根据上述的推导扩散流量与压力数据P，管径rn，温度T，时间t有关，即Qdiff(P,rn,T,t)，通过相似准则可以推导不同管径在不同压力，不同温度和不同时间间隔内的扩散流量、扩散效率。再结合页岩岩心恒速压汞曲线，低温氮吸附、低温二氧化碳吸附方法得到的岩心孔喉分布，可以预测岩心扩散量、扩散效率，进而评价基质岩块与储层的扩散能力，得到微管近平衡态扩散能力。
在一个实施例中，压力数据包括：左端中间容器初始时刻的压力，右端中间容器初始时刻的压力，左端中间容器t时刻的压力，右端中间容器t时刻的压力；
按如下方式，根据通过微管的扩散流量、扩散效率、孔喉分布频数、温度、某一时刻和上述压力数据等，确定岩心扩散量和岩心扩散效率：
其中，P为压力数据，包括：Pl,0为左端中间容器初始时刻的压力，Pa；Pr,0为右端中间容器初始时刻的压力，Pa；Pl,t为左端中间容器t时刻的压力，Pa；Pr,t右端中间容器t时刻的压力，Pa；将前述的Pl,0、Pr,0、Pl,t和Pr,t代入上述公式，确定岩心扩散量和岩心扩散效率：
其中，
为岩心尺度扩散量，cm3/s；Qtotal为流过微管的总流量，cm3/s；Ni为孔喉分布频数；βa为岩心扩散效率，％；Pl,0为左端中间容器初始时刻的压力，Pa；Pr,0为右端中间容器初始时刻的压力，Pa；Pl,t为左端中间容器t时刻的压力，Pa；Pr,t右端中间容器t时刻的压力，Pa；rn为微管管径，cm；T为温度，K；t为某一时刻，s。
前述提到的适用于确定岩心扩散量和岩心扩散效率表达式、推导过程和符号为举例说明，本领域技术人员可以理解，在实施时还可以根据需要对上述公式进行一定形式的变形和添加其它的参数或数据，或者提供其它的具体公式，这些变化例均应落入本发明的保护范围。
在一个实施例中，根据扩散速度、岩心扩散量和岩心扩散效率，确定微管近平衡态扩散能力，可以包括：微管近平衡态扩散能力与扩散速度、岩心扩散量和岩心扩散效率成正比关系；在实施例中，扩散速度越快，微管近平衡态扩散能力越好；岩心扩散量越大，微管近平衡态扩散能力越好；岩心扩散效率越高，微管近平衡态扩散能力越好。
由于甲烷气体分子直径为0.414nm，实验系统达到真空状态，负压条件下有少许漏气或堵塞都对实验结果造成极大偏差，具体实施时，在一个实施中，在将微管近平衡态扩散能力测试系统抽至真空之前，还包括：利用高压氮气对微管近平衡态扩散能力测试系统进行冲洗，防止微管近平衡态扩散能力测试系统堵塞；本领域技术人员可以理解，还可以采用其他方式防止微管近平衡态扩散能力测试系统堵塞，本发明实施例提供的利用高压氮气冲洗仅为举例说明，在具体实施时可以进行其他形式的变化和修改，均应落入本发明实施例保护的范围。
具体实施时，在一个实施中，在将微管近平衡态扩散能力测试系统抽至真空之前，还包括：采用分段气密性检查近，防止微管近平衡态扩散能力测试系统漏气；在实施例中，可以采用分段低压憋气法检查微管近平衡态扩散能力测试系统是否漏气；本领域技术人员可以理解，还可以采用其他方式检查微管近平衡态扩散能力测试系统是否漏气，本发明实施例提供的分段低压憋气法仅为举例说明，在具体实施时可以进行其他形式的变化和修改，均应落入本发明实施例保护的范围。
本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述数据采集处理系统根据压力检测系统检测到的压力数据确定微管近平衡态扩散能力的工作方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行实现上述数据采集处理系统根据压力检测系统检测到的压力数据确定微管近平衡态扩散能力的工作方法的计算机程序。
综上，本发明实施例提供的一种微管近平衡态扩散能力测试系统和工作方法，采用真空控压的方式，利用真空方式模拟高努森数的流动，避免了岩心实验的不可重复性、不可推导性以及无规律性的欠缺，将复杂迂曲的孔喉近似为不等径的微管，研究微管在不同状态下的近平衡态扩散，结合相似准则与不等径微管束模型等数值计算方法，更便捷、更快速的评价页岩基质的扩散能力和储层产能变化、递减规律，可以在低压力水平下便捷、快速和准确的测得微管近平衡态扩散能力。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种微管近平衡态扩散能力测试系统，其特征在于，包括：
微管夹持器，抽真空系统，气体注入系统，压力检测系统，数据采集处理系统；微管夹持器分别连接抽真空系统、气体注入系统和压力检测系统；压力检测系统连接数据采集处理系统；
微管夹持器，用于夹持微管；
抽真空系统，用于将微管夹持器夹持的微管抽至真空；
气体注入系统，用于将测试气体注入微管夹持器夹持的微管；
压力检测系统，用于检测微管夹持器夹持的微管在近平衡态扩散过程中的压力数据；
数据采集处理系统，用于根据压力检测系统检测到的压力数据，确定微管近平衡态扩散能力。
2.如权利要求1所述的微管近平衡态扩散能力测试系统，其特征在于，
气体注入系统包括：连接微管夹持器一端的第一中间容器；连接微管夹持器另一端的第二中间容器。
3.如权利要求1所述的微管近平衡态扩散能力测试系统，其特征在于，
压力检测系统，包括：连接微管夹持器一端的第一压力变送器；连接微管夹持器另一端的第二压力变送器；第一压力变送器和第二压力变送器还连接数据采集处理系统。
4.如权利要求3所述的微管近平衡态扩散能力测试系统，其特征在于，第一压力变送器和第二压力变送器经压力巡检仪连接数据采集处理系统。
5.如权利要求1所述的微管近平衡态扩散能力测试系统，其特征在于，
微管夹持器经开关装置，分别连接抽真空系统、气体注入系统和压力检测系统。
6.如权利要求5所述的微管近平衡态扩散能力测试系统，其特征在于，所述开关装置包括六通阀和/或三通阀。
7.一种如权利要求1-6任一所述的微管近平衡态扩散能力测试系统的工作方法，其特征在于，包括：
将微管夹持器夹持的微管抽至真空；
将测试气体注入微管夹持器夹持的微管；
检测微管夹持器夹持的微管在近平衡态扩散过程中的压力数据；
根据压力检测系统检测到的压力数据，确定微管近平衡态扩散能力。
8.如权利要求7所述的微管近平衡态扩散能力测试系统的工作方法，其特征在于，将测试气体注入微管夹持器夹持的微管，检测微管夹持器夹持的微管在近平衡态扩散过程中的压力数据，包括：
将测试气体注入微管夹持器夹持的微管，使微管夹持器夹持的微管两端的压差达到设定范围，进行微管近平衡态扩散实验，获取微管在近平衡态扩散过程中的压力数据。
9.如权利要求7所述的微管近平衡态扩散能力测试系统的工作方法，其特征在于，将微管夹持器夹持的微管抽至真空，包括：将微管夹持器夹持的微管抽至小于等于10-4MPa。
10.如权利要求7所述的微管近平衡态扩散能力测试系统的工作方法，其特征在于，根据压力检测系统检测到的压力数据，确定微管近平衡态扩散能力，包括：
根据压力检测系统检测到的压力数据，确定扩散速度、岩心扩散量和岩心扩散效率；
根据扩散速度、岩心扩散量和岩心扩散效率，确定微管近平衡态扩散能力。
11.如权利要求10所述的微管近平衡态扩散能力测试系统的工作方法，其特征在于，按如下方式，根据压力检测系统检测到的压力数据，确定扩散速度、岩心扩散量和岩心扩散效率：
其中，v为扩散速度，m/s；Qdiff为通过微管的扩散流量；A为微管横截面积，m2；
为岩心尺度扩散量，cm3/s；Ni为孔喉分布频数；βa为岩心扩散效率，％；Qtotal为流过微管的总流量；Pl,0为左端中间容器初始时刻的压力，Pa；Pr,0为右端中间容器初始时刻的压力，Pa；Pl,t为左端中间容器t时刻的压力，Pa；Pr,t右端中间容器t时刻的压力，Pa；rn为微管管径，cm；T为温度，K；t为某一时刻，s。
12.如权利要求7所述的微管近平衡态扩散能力测试系统的工作方法，其特征在于，在将微管近平衡态扩散能力测试系统抽至真空之前，还包括：利用高压氮气对微管近平衡态扩散能力测试系统进行冲洗。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110023583A1 (en) * | 2008-12-16 | 2011-02-03 | Halliburton Energy Services, Inc. | Determining formation fluid composition |
| CN102980837A (zh) * | 2012-11-16 | 2013-03-20 | 中国石油天然气股份有限公司 | 高温高压下岩石中烃类扩散系数测定用设备及测定方法 |
| CN204286989U (zh) * | 2014-11-11 | 2015-04-22 | 西南石油大学 | 一种页岩气扩散系数测试装置 |
| CN105259080A (zh) * | 2015-11-12 | 2016-01-20 | 西南石油大学 | 一种页岩气藏气体扩散系数实验测试方法 |
| CN106769684A (zh) * | 2016-12-01 | 2017-05-31 | 中国石油天然气股份有限公司 | 页岩气扩散能力测试系统 |
| CN106769667A (zh) * | 2016-12-20 | 2017-05-31 | 河南理工大学 | 纳米尺度气体流动规律实验系统及实验方法 |
| CN108267385A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-07-10 | 浙江海洋大学 | 一种纳米通道中气体流动特征的实验方法 |
-
2019
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110023583A1 (en) * | 2008-12-16 | 2011-02-03 | Halliburton Energy Services, Inc. | Determining formation fluid composition |
| CN102980837A (zh) * | 2012-11-16 | 2013-03-20 | 中国石油天然气股份有限公司 | 高温高压下岩石中烃类扩散系数测定用设备及测定方法 |
| CN204286989U (zh) * | 2014-11-11 | 2015-04-22 | 西南石油大学 | 一种页岩气扩散系数测试装置 |
| CN105259080A (zh) * | 2015-11-12 | 2016-01-20 | 西南石油大学 | 一种页岩气藏气体扩散系数实验测试方法 |
| CN106769684A (zh) * | 2016-12-01 | 2017-05-31 | 中国石油天然气股份有限公司 | 页岩气扩散能力测试系统 |
| CN106769667A (zh) * | 2016-12-20 | 2017-05-31 | 河南理工大学 | 纳米尺度气体流动规律实验系统及实验方法 |
| CN108267385A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-07-10 | 浙江海洋大学 | 一种纳米通道中气体流动特征的实验方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李爱芬: "油层物理学（第3版）", 中国石油大学出版社, pages: 217 - 221 * |
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