CN112147050A - 油气储层岩石动态液测渗透率的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了油气储层岩石动态液测渗透率的方法和装置。该方法包括：采用脉冲驱替发生单元，向注入岩心的流体施加周期性脉冲压力；测量岩心两端的压差；基于考虑惯性的达西定律公式，确定岩石渗透率。根据本申请，向注入流体施加周期性脉冲压力，并得到考虑惯性的达西定律，弥补了对储层岩石在不同频率外加激励下流体流动性变换情况的认识缺失，并能通过实验观测建立岩石渗透率随频率变化的关系，利用峰值渗透率对应的外加周期性脉冲压力的频率来提升流体流动性。且上述方案在工程上具有普适性，只要替换岩心样品和/或流体，即可得到针对不同岩石空隙结构、流体组成成分对动态渗透率的影响，便于实施和操作。

Description

油气储层岩石动态液测渗透率的方法和装置

技术领域

本发明地球岩石物理领域，更具体地，涉及油气储层岩石动态液测渗透率的方法和装置。

背景技术

低孔低渗致密储层和开发后期油气储层均面临提高地层渗透率和油气采收率的问题。由于地质特征复杂、非均匀性强，特别是孔隙结构复杂、连通性差，导致在储层孔隙流体渗透行为往往不遵循常规达西定律关系。

研究发现，孔隙介质中流体渗透率会随着外加弹性波场频率而改变。大量研究结果显示，在低频段流体能够发生自由流动，在高频段流体流动性大幅降低。关于动态渗透率模型的研究，Johnson等人(Johnson，1987；Johnson，1994)推导了不规则孔隙中与波的耗散相关的动态渗透率一般表达式，通过设计不同实验证实这种半唯像性的模型可以很好描述高低频极限下弹性波的响应规律，而对于中间频率可给出较合理的近似。Johnson(Johnson，1994)等进一步解释了动态渗透率的概念，并针对不同尺度的计算问题，建立了尺度函数。Emilie等(Emilie，2013)从流体固体的本构关系和动量守恒方程式出发，将动态渗透率结合到二维孔隙介质波动方程中，修正了耗散项，通过算子转化实现在时间域内进行求解。Bernabe在Zamir(Zamir，2000)等有关脉动流工作的基础上研究了含牛顿流体圆截面管道中流体波的传播问题，首先分别推导了刚性与弹性管道中流体波的频散方程和流量计算表达式，然后由单管推广至二维规则网格孔隙介质水力传导系数的预测中(Bernabe，2009)。

尽管对储层岩石动态渗透率的理论研究不断出现，西南石油大学申请了超声波作用下基于压力脉冲的渗透率测试方法(CN201720166868.8、CN201710099944.2)，但目前渗透率随外加压力发生周期改变的实验方法尚不成熟。综上所述，现有技术的研究中主要存在以下问题：

(1)岩石渗透率测量的实验手段单一，多集中在静态压力下流体通过岩石孔隙的渗透率测量。

(2)利用孔隙流体外加压力随时间变化的动态渗透率测量手段尚面临困难。

发明内容

有鉴于此，本申请提出了能较为方便地测量岩石动态渗透率的方案。

根据本申请的一方面，提出了一种油气储层岩石动态液测渗透率的方法，所述方法包括：

采用脉冲驱替发生单元，向注入岩心的流体施加周期性脉冲压力；

测量岩心两端的压差ΔP；

基于考虑惯性的达西定律公式，确定岩石渗透率K：

其中，ΔP表示岩心两端的压差，L为岩心长度，μ为驱替流体粘度，Q为瞬时驱替流量，A为岩心截面积，ρ为驱替流体密度，t为驱替时间。

在一种可能的实施方式中，所述方法包括根据下式得到瞬时驱替流量Q：

其中，

为平均驱替流量，Q_A为驱替流量的振幅，ω为周期性脉冲压力的频率。

在一种可能的实施方式中，所述方法包括根据下式得到

根据本申请的另一方面，还提出了一种油气储层岩石动态液测渗透率的装置，所述装置包括：

脉冲驱替发生单元，用于向注入岩心的流体施加周期性脉冲压力；

压力测量单元，用于测量岩心两端的压差ΔP；

渗透率计算单元，用于基于考虑惯性的达西定律公式，确定岩石渗透率K：

其中，ΔP表示岩心两端的压差，L为岩心长度，μ为驱替流体粘度，Q为瞬时驱替流量，A为岩心截面积，ρ为驱替流体密度，t为驱替时间。

在一种可能的实施方式中，所述装置还包括瞬时驱替流量计算单元，所述瞬时驱替流量计算单元根据下式得到瞬时驱替流量Q：

其中，

为平均驱替流量，Q_A为驱替流量的振幅，ω为周期性脉冲压力的频率。

在一种可能的实施方式中，所述装置还包括求导单元，所述求导单元根据下式得到

根据本申请的另一方面，还提出了一种油气储层岩石动态液测渗透率的装置，所述装置包括：

脉冲驱替发生单元，包括频率和压力可调的流体增加容器，以向流经容器的流体施加周期性脉冲压力；

中间容器，中间容器的入口端与脉冲驱替发生单元的出口端连接，中间容器的出口端与岩芯夹持器的入口端连接，来自脉冲驱替发生单元的流体经由中间容器流向岩心夹持器；

岩心夹持器，用于夹持岩心，岩心夹持器的出口端与计量单元连接；

压力传感器，用于测量岩心夹持器所夹持的岩心两端的压差；

计量单元，用于测量来自岩心夹持器的流体的总流量。

在一种可能的实施方式中，所述脉冲驱替发生单元从交互页面接收频率、平均流量和峰值流量参数，以向注入岩心的流体施加相应的周期性脉冲压力。

本申请提出的技术方案，向注入流体施加周期性脉冲压力，并改进传统达西定律，在其中引入流量-压力-频率的关系，使其能体现孔隙流体外加压力随时间变化时惯性对渗透率的影响，能准确得到岩石的动态渗透率，弥补了对储层岩石在不同频率外加激励下流体流动性变换情况的认识缺失，并能通过实验观测建立岩石渗透率随频率变化的关系，利用峰值渗透率对应的外加周期性脉冲压力的频率来提升流体流动性。且上述方案在工程上具有普适性，只要替换岩心样品和/或流体，即可得到针对不同岩石空隙结构、流体组成成分对动态渗透率的影响，便于实施和操作。

附图说明

通过结合附图对本申请示例性实施方式进行更详细的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本申请示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本申请的一个实施例的油气储层岩石动态液测渗透率的方法的流程图。

图2示出了根据本申请的一个实施例的油气储层岩石动态液测渗透率的装置的结构框图。

图3示出了根据本申请的一个实施例的油气储层岩石动态液测渗透率的装置的结构示意图。

图4示出了根据本申请的一个应用示例的脉冲驱替发生单元的交互页面的示意图。

图5和图6示出了根据本申请的一个应用示例的两种周期性脉冲压力的示意图。

图7示出了根据本申请的一个应用示例的岩石渗透率随压力频率变化的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的优选实施方式。虽然附图中显示了本申请的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本申请更加透彻和完整，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。

请参见图1。图1示出了根据本申请的一个实施例的油气储层岩石动态液测渗透率的方法的流程图。如图所示，所述方法包括步骤102、步骤104和步骤106。

步骤102，采用脉冲驱替发生单元，向注入岩心的流体施加周期性脉冲压力。

步骤104，测量岩心两端的压差ΔP。

可以采用两个压力传感器分别测量岩心两端的压力P₁和P₂，然后计算压差ΔP＝P₂-P₁；也可以采用压差传感器，直接得到压差ΔP。本申请对此不作限定

步骤106，基于考虑惯性的达西定律公式，确定岩石渗透率K：

其中，ΔP表示岩心两端的压差，L为岩心长度，μ为驱替流体粘度，Q为瞬时驱替流量，A为岩心截面积，ρ为驱替流体密度，t为驱替时间。

可以通过压力传感器(包括压差传感器)得到驱替压差ΔP。可以通过游标卡尺测定岩心长度L和直径，并通过直径算出截面积A。流体的粘度μ和密度ρ可以是已知的。

在一种可能的实施方式中，可以根据下式得到瞬时驱替流量Q：

其中，

为平均驱替流量，Q_A为驱替流量的振幅，ω为周期性脉冲压力的频率。平均驱替流量

可以通过总流量除以驱替时间来计算。可以对脉冲驱替发生单元进行设置来得到相应的驱替流量振幅Q_A和周期性脉冲压力的频率ω。

在一种可能的实施方式中，可以根据下式得到

传统的达西定律未考虑惯性影响，因此其结果难以准确反映孔隙流体外加压力随时间变化的动态渗透率。上述实施例中，向注入流体施加周期性脉冲压力，并改进传统达西定律，在其中引入流量-压力-频率的关系，使其能体现孔隙流体外加压力随时间变化时惯性对渗透率的影响，能准确得到岩石的动态渗透率，弥补了对储层岩石在不同频率外加激励下流体流动性变换情况的认识缺失，并能通过实验观测建立岩石渗透率随频率变化的关系，利用峰值渗透率对应的外加周期性脉冲压力的频率来提升流体流动性。且上述方案在工程上具有普适性，只要替换岩心样品和/或流体，即可得到针对不同岩石空隙结构、流体组成成分对动态渗透率的影响，便于实施和操作。

图2示出了根据本申请的一个实施例的油气储层岩石动态液测渗透率的装置的结构框图。如图所示，该装置包括脉冲驱替发生单元202、参数测量单元204和渗透率计算单元206。

脉冲驱替发生单元202，用于向注入岩心的流体施加周期性脉冲压力。

压力测量单元204，用于测量岩心两端的压差ΔP和。

渗透率计算单元206，用于基于考虑惯性的达西定律公式，确定岩石渗透率K：

其中，ΔP表示岩心两端的压差，L为岩心长度，μ为驱替流体粘度，Q为瞬时驱替流量，A为岩心截面积，ρ为驱替流体密度，t为驱替时间。

在一种可能的实施方式中，所述装置还包括瞬时驱替流量计算单元，所述瞬时驱替流量计算单元根据下式得到瞬时驱替流量Q：

其中，

为平均驱替流量，Q_A为驱替流量的振幅，ω为周期性脉冲压力的频率。

在一种可能的实施方式中，所述装置还包括求导单元，所述求导单元根据下式得到

图3示出了根据本申请的一个实施例的油气储层岩石动态液测渗透率的装置的结构示意图。如图所示，所示装置包括脉冲驱替发生单元302、中间容器304、岩心夹持器306、压力传感器308和计量单元310。脉冲驱替发生单元302包括频率和压力可调的流体增加容器，以向流经容器的流体施加周期性脉冲压力。中间容器304的入口端与脉冲驱替发生单元302的出口端连接。中间容器304的出口端与岩芯夹持器306的入口端连接。来自脉冲驱替发生单元302的流体经由中间容器304流向岩心夹持器306。岩心夹持器306用于夹持岩心，其出口端与计量单元310连接。压力传感器308用于测量岩心夹持器所夹持的岩心两端的压差。计量单元310用于测量来自岩心夹持器的流体的总流量。可将计量单元310所计量的总流量除以驱替时间，得到平均驱替流量

在一种可能的实施方式中，所述脉冲驱替发生单元302从交互页面接收频率、平均流量和峰值流量参数，以向注入岩心的流体施加相应的周期性脉冲压力。图4示出了根据本申请的一个应用示例的脉冲驱替发生单元的交互页面的示意图。图4所示的交互页面中，参数“流量(ml/min)”表示平均流量，参数“频率(HZ)”表示频率，参数“流量差值”表示波峰或波谷与平均流量之间的差值，即压力脉冲波的峰值流量。

应用示例

本发明的实施方式流程具体步骤如下：

1.参考岩心孔隙度、岩性、泥质含量等参数，建立岩石类型表示；同时，根据压力、流体矿化度等信息，对流体特征分析，确定流体的密度、粘性、弹性模量等参数。

2.将岩心样品置于岩心夹持器中，脉冲驱替发生单元以脉冲驱替的方式，将流体注入岩心夹持器中，驱替岩心夹持器内的岩心样品。

3.通过脉冲驱替发生单元的交互页面设置频率、平均流量和峰值流量等参数，启动实验装置进行压力加载。

4.通过测量岩心两端的压差和平均驱替流量等，得到对应周期性脉冲压力下的该岩心的渗透率。

5.通过在脉冲驱替发生单元的交互页面修改相应参数，重复实验，得到不同频率下岩石渗透率变化曲线。

为验证周期性脉冲压力的频率对动态渗透率的影响，同时分析砂岩对外加脉冲压力的频率变化的敏感性，发明人选取了一组砂岩样本进行实验测量，岩石物理参数如表1所示。图5和图6示出了根据本申请的一个应用示例的两种周期性脉冲压力的示意图。

表1 岩石物理参数

上表中的液测渗透率指在单一流体稳态驱替的情况下，采用传统达西定律计算得到的渗透率。

发明人在实验中采用了从0到20赫兹频率变化范围，得到了岩石渗透率-频率变化曲线，如图7所示，图7中5条曲线分别代表5种振幅条件。由图7可知，随着周期性脉冲压力的频率增大，频率增大引起渗透率增加幅度明显减少，流体满足经典达西定律模型；当频率从0.1赫兹增加到10赫兹附近时，渗透率明显增加并在10赫兹附近达到峰值，孔隙中流体的流动性变好；当频率继续增加时，渗透率反而下降，流动性变差。

值得注意的是，岩石渗透率在频率变化到某一特征频率时，渗透率提升幅度最大；在脱离这个频率时，渗透率逐渐恢复直至恢复到初始渗透率，似乎没有受到脉冲频率变化过程的影响。这表明本申请提出的动态渗透率测量方法能够准确反映孔隙流体对外加压力脉冲频率的敏感性，在外加周期性脉冲压力频率和储层岩石渗透率之间直接建立联系，能够通过测量渗透率变化获得储层岩石对应的特征频率，较其他方法具有明显优势。

本申请可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本申请的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里参照根据本申请实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本申请的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (8)

1.一种油气储层岩石动态液测渗透率的方法，其特征在于，所述方法包括：

采用脉冲驱替发生单元，向注入岩心的流体施加周期性脉冲压力；

测量岩心两端的压差ΔP；

基于考虑惯性的达西定律公式，确定岩石渗透率K：

其中，ΔP表示岩心两端的压差，L为岩心长度，μ为驱替流体粘度，Q为瞬时驱替流量，A为岩心截面积，ρ为驱替流体密度，t为驱替时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括根据下式得到瞬时驱替流量Q：

其中，

为平均驱替流量，Q_A为驱替流量的振幅，ω为周期性脉冲压力的频率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括根据下式得到

4.一种油气储层岩石动态液测渗透率的装置，其特征在于，所述装置包括：

脉冲驱替发生单元，用于向注入岩心的流体施加周期性脉冲压力；

压力测量单元，用于测量岩心两端的压差ΔP；

渗透率计算单元，用于基于考虑惯性的达西定律公式，确定岩石渗透率K：

其中，ΔP表示岩心两端的压差，L为岩心长度，μ为驱替流体粘度，Q为瞬时驱替流量，A为岩心截面积，ρ为驱替流体密度，t为驱替时间。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括瞬时驱替流量计算单元，所述瞬时驱替流量计算单元根据下式得到瞬时驱替流量Q：

其中，

为平均驱替流量，Q_A为驱替流量的振幅，ω为周期性脉冲压力的频率。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括求导单元，所述求导单元根据下式得到

7.一种油气储层岩石动态液测渗透率的装置，其特征在于，所述装置包括：

脉冲驱替发生单元，包括频率和压力可调的流体增加容器，以向流经容器的流体施加周期性脉冲压力；

中间容器，中间容器的入口端与脉冲驱替发生单元的出口端连接，中间容器的出口端与岩芯夹持器的入口端连接，来自脉冲驱替发生单元的流体经由中间容器流向岩心夹持器；

岩心夹持器，用于夹持岩心，岩心夹持器的出口端与计量单元连接；

压力传感器，用于测量岩心夹持器所夹持的岩心两端的压差；

计量单元，用于测量来自岩心夹持器的流体的总流量。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述脉冲驱替发生单元从交互页面接收频率、平均流量和峰值流量参数，以向注入岩心的流体施加相应的周期性脉冲压力。

Images