CN113218832A - 页岩渗透压模拟发生装置、测量实验系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种页岩渗透压模拟发生装置、测量实验系统及方法，装置包括：内部形成有一液体容纳腔的装置本体；装置本体具有形成容纳腔的内壁，在内壁上形成有用于安装页岩岩心模拟切片的安装位，以通过页岩岩心模拟切片将容纳腔分隔为两个液体仓；液体仓具有进液口，且液体仓通过进液口与外界连通；两个液体仓分别用于容纳矿化度不同的液体，以根据两个液体仓内的液体在静止预设时段后的高度差确定页岩岩心模拟切片两侧的渗透压和/或渗透压变化速率。本申请能够快速且便捷地模拟页岩渗透压的发生，并能够根据该页岩渗透压的发生状况高效且准确地确定页岩渗透压和/或渗透压变化速率，进而能够为页岩气开发提供准确且有效的数据基础。
Description
技术领域
本申请涉及油气田开发技术领域，具体涉及页岩渗透压模拟发生装置、测量实验系统及方法。
背景技术
页岩气是一种清洁能源，若在页岩气领域取得重大突破，即能够使得页岩气开发取得巨大的成功，对其地区的能源安全起到重大作用，也给全球能源格局带来深刻的影响。页岩气的有效开发通常采用“水平井钻井+体积改造”技术，水平井体积改造的单井用水量通常在2万方左右，然而矿场试验发现，目前页岩气井的返排液的返排率仅有10～30％，大量压裂液将会滞留在页岩储层中。很多学者分析认为，渗透压差下的渗析作用是水力压裂后压裂液返排率低的重要原因之一。
当页岩基质中的黏土半透膜分隔低矿化度的压裂液和高矿化度的地层水时就会产生渗透压。与石英、碳酸盐和长石等矿物相比，黏土矿物具有固有的排斥盐离子的性质，这使得注入水会从裂缝进入到储层中，直到达到半透膜两侧的压力平衡。渗透压的出现离不开两个条件，一是半透膜，页岩的纳米级孔喉和粘土矿物含量特征使其成为天然的半透膜；二是半透膜两侧的矿化度浓度差，注入压裂液的矿化度一般在1,000-3,000ppm，而地层水的矿化度可达10,000-100,000ppm，通过理论计算显示，由于矿化度浓度差产生的压差可达12MPa。
目前，现阶段的实验方法主要包括页岩岩心的自发渗吸实验、岩心驱替实验以及岩心的NMR实验测试岩心内的流体流动规律，而通过实验方法测量页岩的渗透压差实验系统和方法较少，因此无法快速且便捷地测量页岩渗透压。
发明内容
针对现有技术中的问题，本申请提供一种页岩渗透压模拟发生装置、测量实验系统及方法，能够快速且便捷地模拟页岩渗透压的发生，并能够根据该页岩渗透压的发生状况高效且准确地确定页岩渗透压和/或渗透压变化速率，进而能够为页岩气开发提供准确且有效的数据基础，并有效提高页岩渗透压模拟发生过程的可靠性。
为解决上述技术问题，本申请提供以下技术方案：
第一方面，本申请提供一种页岩渗透压模拟发生装置，包括：内部形成有一液体容纳腔的装置本体；
所述装置本体具有形成容纳腔的内壁，在所述内壁上形成有用于安装页岩岩心模拟切片的安装位，以通过所述页岩岩心模拟切片将容纳腔分隔为两个液体仓；
所述液体仓具有进液口，且液体仓通过进液口与外界连通，所述进液口设有可拆卸式密封挡板；
两个所述液体仓分别用于容纳矿化度不同的液体，以根据两个液体仓内的液体在静止预设时段后的高度差确定所述页岩岩心模拟切片两侧的渗透压和/或渗透压变化速率。
进一步地，所述装置本体包括槽体和与该槽体可拆卸连接的盖板；
所述槽体与所述盖板之间形成所述容纳腔；
所述进液口设置在所述盖板上。
进一步地，所述槽体中与所述盖板相对设置的位置上设有可闭合式的出液口。
进一步地，所述容纳腔为一矩形腔体；
两个所述液体仓为形状相同的矩形仓体。
进一步地，所述安装位上设有一岩心片夹持器；
所述岩心片夹持器用于固定安装所述页岩岩心模拟切片。
进一步地，所述岩心片夹持器为凹形槽体，且该凹形槽体与所述装置本体的内壁之间密封连接；
所述凹形槽体的夹槽用于固定安装所述页岩岩心模拟切片。
进一步地，所述凹形槽体为橡胶槽体。
进一步地，所述凹形槽体的端口方向与所述容纳腔的水平方向垂直。
进一步地，所述凹形槽体与所述装置本体的内壁之间设有聚四氟乙烯涂层。
进一步地，所述页岩岩心模拟切片为长方体切片。
第二方面，本申请提供一种页岩渗透压测量实验系统，包括：处理器、液位测量组件以及所述的页岩渗透压模拟发生装置；
所述液位测量组件用于采集两个所述液体仓的液体深度数据；
所述处理器用于接收所述液位测量组件采集的两个所述液体仓的液体深度数据，并基于两个所述液体仓的液体深度数据和对应的测量时长确定所述页岩岩心模拟切片两侧的渗透压和/或渗透压变化速率。
进一步地，所述液位测量组件包括：两个激光读数器，且每个所述激光读数器分别连接有一个带刻度游杆；
所述激光读数器与所述处理器通信连接；
所述激光读数器安装在所述装置本体外部，所述带刻度游杆和浮标设置在所述容纳腔内；
每个所述液体仓中均设有一个所述带刻度游杆，且每个所述带刻度游杆分别连接有一个浮标。
进一步地，所述浮标的质量小于或等于0.1kg。
进一步地，还包括：恒温箱；
所述页岩渗透压模拟发生装置和所述液位测量组件均设置在所述恒温箱内。
进一步地，两个所述液体仓分别容纳的矿化度不同的液体包括：模拟注入压裂液和模拟地层水；
其中，所述模拟注入压裂液的矿化度低于所述模拟地层水的矿化度。
第三方面，本申请提供一种页岩渗透压测量实验方法，所述页岩渗透压测量实验方法应用所述的页岩渗透压测量实验系统实现，所述页岩渗透压测量实验方法包括：
经由两个所述进液口分别向两个所述液体仓内注入等体积且矿化度不同的液体，并使得所述进液口均处于未封闭状态；
应用所述液位测量组件实时采集两个所述液体仓各自对应的液体深度数据；
在根据液体仓各自对应的液体深度数据确定两个所述液体仓的液体深度均不再变化之时或之后，获取最新采集的两个所述液体仓的液体深度数据；
基于最新采集的两个所述液体仓的液体深度数据确定两个所述液体仓之间的液位差，并根据该液位差确定所述页岩岩心模拟切片两侧的渗透压和/或渗透压变化速率。
进一步地，在所述经由两个所述进液口分别向两个所述液体仓内注入等体积且矿化度不同的液体，并使得所述进液口均处于未封闭状态之后，还包括：
若两个所述液体仓各自对应的液体深度数据在预设时段内的变化值均小于预设值，则判定两个所述液体仓的液体深度均不再变化。
进一步地，所述根据该液位差确定所述页岩岩心模拟切片两侧的渗透压和/或渗透压变化速率，包括：
根据所述液位差、两个所述液体仓的液体深度均不再变化后的各自的液体密度以及重力加速度，确定所述页岩岩心模拟切片两侧的渗透压；
基于所述页岩岩心模拟切片两侧的渗透压以及对应的测量时长，确定对应的渗透压变化速率，其中，所述测量时长为自两个所述液体仓内注入液体到液体深度均不再变化之间的持续时长。
由上述技术方案可知，本申请提供的页岩渗透压模拟发生装置、测量实验系统及方法，装置包括：内部形成有一液体容纳腔的装置本体；装置本体具有形成容纳腔的内壁，在内壁上形成有用于安装页岩岩心模拟切片的安装位，以通过页岩岩心模拟切片将容纳腔分隔为两个液体仓；液体仓具有进液口，且液体仓通过进液口与外界连通，两个所述进液口均设有各自对应的可拆卸式密封挡板，以在应用所述液位测量组件实时采集两个所述液体仓各自对应的液体深度数据时，能够使得两个所述进液口均处于未封闭状态，能够有效提高液体深度数据测量的准确性；同时，还可以在无需测量或模拟发生过程结束后封闭两个所述进液口，以避免液体挥发造成的环境污染并能够满足其他测量要求，进而能够有效提高页岩渗透压模拟发生过程的可靠性；两个液体仓分别用于容纳矿化度不同的液体，以根据两个液体仓内的液体在静止预设时段后的高度差确定页岩岩心模拟切片两侧的渗透压和/或渗透压变化速率，请能够快速且便捷地模拟页岩渗透压的发生，并能够根据该页岩渗透压的发生状况高效且准确地确定页岩渗透压和/或渗透压变化速率，进而能够为页岩气开发提供准确且有效的数据基础，进一步对提高页岩气开发的开发技术提供数据支持，有助于后续的页岩气开发理论研究和数值模拟研究。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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。
图1为本申请实施例中的页岩渗透压模拟发生装置的结构示意图；
图2为本申请实施例中的页岩渗透压模拟发生装置中装置本体的详细结构示意图；
图3为本申请实施例中的设有出液口的页岩渗透压模拟发生装置的结构示意图；
图4为本申请实施例中的页岩岩心模拟切片的结构示意图；
图5为本申请实施例中的页岩渗透压测量实验系统的结构示意图；
图6为本申请实施例中的页岩渗透压测量实验系统的具体结构示意图；
图7为本申请实施例中的页岩渗透压测量实验方法的流程示意图；
图8为本申请实施例中的包含有步骤110的页岩渗透压测量实验方法的流程示意图；
图9为本申请实施例中的页岩渗透压测量实验方法中步骤400的具体流程示意图；
图10为本申请实施例中的页岩渗透压测量实验过程中的页岩渗透压测量实验系统的初始状态示意图；
图11为本申请实施例中的页岩渗透压测量实验过程中的页岩渗透压测量实验系统的实验结束状态示意图。
附图标号：
01、装置本体；
011、槽体；
012、盖板；
02、页岩岩心模拟切片；
03、液体仓；
04、进液口；
05、出液口；
06、液位测量组件；
1、一号进液口；
2、一号液体仓；
3、一号浮标；
4、一号带刻度游标；
5、一号激光读数器；
6、一号出液口；
7、岩心片夹持器；
8、二号进液口；
9、二号液体仓；
10、二号浮标；
11、二号带刻度游标；
12、二号激光读数器；
13、二号出液口；
14、处理器。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请将低矿化度溶液A(模拟压裂液)和高矿化度溶液B(模拟地层水溶液)置于两个舱室，中间通过打磨的页岩岩心薄片(模拟半透膜)将两个舱室完全隔开，通过浮标自动计量两个舱室的液位深度，通过秒表自动计量时间，根据液位差和时间测量页岩岩心模拟切片02两侧的渗透压和/或渗透压变化速率。
本申请提供了一种页岩渗透压测量实验系统和方法，所述实验系统包括岩芯片夹持器，所述岩芯片夹持器的左端为一号液体仓、一号浮标、一号带刻度游杆、一号激光读数器、一号进液口、一号出液口，所述岩芯片夹持器7的右端为二号液体仓、二号浮标、二号带刻度游标、二号激光读数器、二号进液口、二号出液口，所述岩心片夹持器的中间放置页岩岩心模拟切片，所述一号激光读数器与所述二号激光读数器还与计算机相连。本申请还提供了一种采用该实验系统执行的页岩渗透压测量实验方法。通过页岩岩心模拟切片将低矿化度溶液A(模拟压裂液)和高矿化度溶液B(模拟地层水溶液)置于两个舱室，中间通过打磨的页岩岩心薄片将两个舱室完全隔开，通过浮标自动计量两个舱室的液位深度，通过秒表自动计量实验时间，根据液位差和实验时间测量页岩岩心模拟切片两侧的渗透压，本申请能获得页岩半透膜对渗透压的影响以及渗透压对页岩岩心模拟切片的影响。
为探究渗透压对页岩储层影响，本申请提供一种页岩渗透压测量实验系统和方法，该方法通过将低矿化度溶液A(模拟压裂液)和高矿化度溶液B(模拟地层水溶液)置于两个舱室，中间通过打磨的页岩岩心薄片将两个舱室完全隔开，通过浮标自动计量两个舱室的液位深度，通过秒表自动计量时间，根据液位差和时间测量页岩岩心模拟切片两侧的渗透压。
为了快速且便捷地模拟页岩渗透压的发生，并能够根据该页岩渗透压的发生状况高效且准确地确定页岩渗透压和/或渗透压变化速率，进而能够为页岩气开发提供准确且有效的数据基础，本申请提供一种页岩渗透压模拟发生装置的实施例，参见图1，所述页岩渗透压模拟发生装置具体包含有如下内容：
内部形成有一液体容纳腔的装置本体01；所述装置本体01具有形成容纳腔的内壁，在所述内壁上形成有用于安装页岩岩心模拟切片02的安装位，以通过所述页岩岩心模拟切片02将容纳腔分隔为两个液体仓03；所述液体仓03具有进液口04，且液体仓03通过进液口04与外界连通；两个所述液体仓03分别用于容纳矿化度不同的液体，以根据两个液体仓03内的液体在静止预设时段后的高度差确定所述页岩岩心模拟切片02两侧的渗透压和/或渗透压变化速率。
其中，两个所述进液口04均可以设有未在图中标示的可拆卸式密封挡板，该可拆卸式密封挡板可以与对应的所述进液口04法兰连接、卡扣连接或螺纹连接，以在应用所述液位测量组件实时采集两个所述液体仓各自对应的液体深度数据时，能够使得两个所述进液口均处于未封闭状态，能够有效提高液体深度数据测量的准确性；同时，还可以在无需测量或模拟发生过程结束后封闭两个所述进液口，以避免液体挥发造成的环境污染并能够满足其他测量要求，进而能够有效提高页岩渗透压模拟发生过程的可靠性。
其中，所述容纳腔为一矩形腔体；两个所述液体仓03为形状相同的矩形仓体，以有效保证注入两个所述液体仓的液体体积相同。
具体来说，可以根据公式P＝ρgΔh计算相应的折算渗透压，其中P为折算渗透压，Pa；ρ为两个液体仓03平衡后的密度，Kg/m3；g为重力加速度，9.8N/Kg；Δh为平衡后所述两个液体仓03内的液体之间的液面差，m。
在本申请的一较佳实施方式中，所述页岩岩心模拟切片02的尺寸规格为长方体：长约50mm，宽约50mm，厚度约1-2mm。
可以理解的是，参见图2，为了有效提高页岩渗透压模拟发生装置的应用便捷性及维修或清洗的1便捷性，所述装置本体01包括槽体011和与该槽体011可拆卸连接的盖板012；所述槽体011与所述盖板012之间形成所述容纳腔；所述进液口04设置在所述盖板012上。
可以理解的是，参见图3，为了使得页岩渗透压模拟发生装置能够被反复或循环使用，并进一步提高其清洁便捷性，所述槽体011中与所述盖板012相对设置的位置上设有可闭合式的出液口05。
另外，为了进一步提高页岩岩心模拟切片的固定可靠性，在本申请的页岩渗透压模拟发生装置得一个实施例中，所述安装位上设有一岩心片夹持器7；所述岩心片夹持器7用于固定安装所述页岩岩心模拟切片02。其中，所述岩心片夹持器7为凹形槽体，且该凹形槽体与所述装置本体01的内壁之间密封连接；所述凹形槽体的夹槽用于固定安装所述页岩岩心模拟切片02。
在一种具体举例中，为了有效提高页岩岩心模拟切片的固定便捷性，所述凹形槽体为橡胶槽体011，页岩岩心模拟切片02可以从上方开口插入，并保证岩芯片固定后两侧流体不直接发生溢流。
在一种具体举例中，所述凹形槽体的端口方向与所述容纳腔的水平方向垂直。
在一种具体举例中，为了使得页岩岩心模拟切片安装在容纳腔后，两个所述液体仓内的液体不会发生渗漏，即为了保证两个液体仓内的液体仅能够透过页岩岩心模拟切片进行渗透，在本申请的页岩渗透压模拟发生装置得一个实施例中，所述凹形槽体与所述装置本体01的内壁之间设有聚四氟乙烯涂层。
在一种具体举例中，参见图4，所述页岩岩心模拟切片02为长方体切片。
基于上述的页岩渗透压模拟发生装置，为了快速且便捷地模拟页岩渗透压的发生，并能够根据该页岩渗透压的发生状况高效且准确地确定页岩渗透压和/或渗透压变化速率，进而能够为页岩气开发提供准确且有效的数据基础，本申请还提供一种页岩渗透压测量实验系统的实施例，参见图5，所述页岩渗透压测量实验系统具体包含有如下内容：
处理器14、液位测量组件06以及所述的页岩渗透压模拟发生装置；所述液位测量组件06用于采集两个所述液体仓03的液体深度数据；所述处理器14用于接收所述液位测量组件06采集的两个所述液体仓03的液体深度数据，并基于两个所述液体仓03的液体深度数据和对应的测量时长确定所述页岩岩心模拟切片02两侧的渗透压和/或渗透压变化速率。
其中，为了有效提高液位测量的可靠性和准确性，所述液位测量组件包括：两个激光读数器，且每个所述激光读数器分别连接有一个带刻度游杆；所述激光读数器与所述处理器通信连接；所述激光读数器安装在所述装置本体外部，所述带刻度游杆和浮标设置在所述容纳腔内；每个所述液体仓中均设有一个所述带刻度游杆，且每个所述带刻度游杆分别连接有一个浮标。
具体来说，所述实验系统包括岩芯片夹持器，所述岩芯片夹持器的左端为一号液体仓、一号浮标、一号带刻度游杆、一号激光读数器、一号进液口、一号出液口，所述岩芯片夹持器的右端为二号液体仓、二号浮标、二号带刻度游标、二号激光读数器、二号进液口、二号出液口，所述岩心片夹持器的中间放置页岩岩心模拟切片，所述一号激光读数器与所述二号激光读数器还与处理器相连。
参见图6，所述页岩渗透压测量实验系统具体包含有：岩芯片夹持器7，所述岩芯片夹持器7的左端为一号进液口1、一号液体仓2、一号浮标3、一号带刻度游杆4、一号激光读数器5、一号出液口6，所述岩芯片夹持器7的右端为二号进液口8、二号液体仓9、二号浮标10、二号带刻度游标11、二号激光读数器12、二号出液口13。所述一号激光读数器5与所述二号激光读数器12还与处理器14相连，其中，所述处理器14具体可以为一种单片机或计算机设备。
该实验系统可以通过所述岩芯片夹持器7固定用于测量实验的页岩岩心模拟切片02；通过所述一号进液口1和所述二号进液口8控制注入所述一号液体仓2、所述二号液体仓9内的液体；通过所述一号液体仓2和所述二号液体仓9存储注入的两种液体；通过所述一号浮标3和所述二号浮标10定位所述一号液体仓2和所述二号液体仓9内液面的深度；通过所述一号带刻度游标4和所述二号带刻度游标11控制所述一号液体仓2和所述二号液体仓9液面的上升或下降幅度；通过所述一号激光读数器5和所述二号激光读数器12记录所述一号液体仓2和所述二号液体仓9内液体的液面深度；通过所述一号出液口6和所述二号出液口13排放所述一号液体仓2和所述二号液体仓9内的废置液体；通过所述处理器14收集并计算所述一号激光读数器5和所述二号激光读数器12液面深度的差值。
可以理解的是，所述一号浮标3、所述一号带刻度游标4、所述二号浮标10、所述二号游标的质量不超过0.1kg，以保证实验的准确性和精度。
可以理解的是，所述一号激光读数器、所述二号激光读数器还与计算机相连。
可以理解的是，所述一号进液口1、所述一号液体仓2、所述一号浮标3、所述一号带刻度游杆4、所述一号激光读数器5、所述一号出液口6、所述岩芯片夹持器7、所述二号进液口8、所述二号液体仓9、所述二号浮标10、所述二号带刻度游标11、所述二号激光读数器12、所述二号出液口13还可以置于恒温箱中，研究温度对页岩渗透压的影响效果。
从上述描述可知，本申请实施例提供的页岩渗透压测量实验系统，通过将低矿化度溶液A和高矿化度溶液B两种液体分别置于一号液体仓2和二号液体仓9内，两个液体仓用垂直放置的页岩岩心模拟切片02分隔，通过带刻度游标、激光读数器自动计量两个液体仓的液面深度，并将两个舱体的液位差实时记录在计算机中，分析页岩岩心模拟切片02的薄膜效率和渗透压对页岩的影响。
基于上述页岩渗透压模拟发生装置和/或页岩渗透压测量实验系统的实施例，本申请还提供一种执行主体为前述的处理器的页岩渗透压测量实验方法的实施例，参见图7，该页岩渗透压测量实验方法具体包含有如下内容：
步骤100：经由两个所述进液口分别向两个所述液体仓内注入等体积且矿化度不同的液体，并使得所述进液口均处于未封闭状态；
步骤200：应用所述液位测量组件实时采集两个所述液体仓各自对应的液体深度数据；
步骤300：在根据液体仓各自对应的液体深度数据确定两个所述液体仓的液体深度均不再变化之时或之后，获取最新采集的两个所述液体仓的液体深度数据；
步骤400：基于最新采集的两个所述液体仓的液体深度数据确定两个所述液体仓之间的液位差，并根据该液位差确定所述页岩岩心模拟切片两侧的渗透压和/或渗透压变化速率。
为了有效提高页岩渗透压测量实验结果的准确性，在本申请的页岩渗透压测量实验方法的一个实施例中，参见图8，在所述步骤100及步骤200之前，还具体包含有如下内容：
步骤110：若两个所述液体仓各自对应的液体深度数据在预设时段内的变化值均小于预设值，则判定两个所述液体仓的液体深度均不再变化。
为了进一步提高页岩渗透压测量实验结果的获取准确性，在本申请的页岩渗透压测量实验方法的一个实施例中，参见图9，所述步骤400具体包含有如下内容：
步骤401：根据所述液位差、两个所述液体仓的液体深度均不再变化后的各自的液体密度以及重力加速度，确定所述页岩岩心模拟切片两侧的渗透压。
步骤402：基于所述页岩岩心模拟切片两侧的渗透压以及对应的测量时长，确定对应的渗透压变化速率，其中，所述测量时长为自两个所述液体仓内注入液体到液体深度均不再变化之间的持续时长。
具体来说，为了进一步说明本申请提供的页岩渗透压测量实验方法，在本申请的一个具体应用实例中，页岩渗透压测量实验方法具体包含有如下内容：
S1、将正方形岩芯片(边长约50mm，厚度约1-2mm)垂直置于所述岩芯片夹持器7端部橡胶凹槽内。
可以理解的是，将无水切割、厚薄均匀(边长约50mm，厚度约1-2mm)的页岩岩心模拟切片02垂直放置于所示岩心片夹持器7端部橡胶凹槽内，并用适量的聚四氟乙烯胶水将页岩岩心模拟切片02与橡胶凹槽交接处封闭，保证页岩岩心模拟切片02两侧的所述一号液体仓2和所述二号液体仓9之间的两种液体不会直接发生溢流。
S2、将所述一号浮标3、所述一号带刻度游标4垂直插入所述一号液体仓2；将所述二号浮标10、所述二号带刻度游标11垂直插入所述二号液体仓9。
可以理解的是，将所述一号浮标3、所述一号带刻度游标4垂直插入所述一号液体仓2内，将所述二号浮标10、所述二号带刻度游标11垂直插入所述二号液体仓9内，并保证所述一号液体仓2、所述二号液体仓内液体高度大于舱体高度1/3，小于舱体高度2/3。
S3、打开所述一号进液口1，在所述一号液体仓2内注入一定体积的低矿化度液体A；打开所述二号进液口8，在所述二号液体仓9内注入相同体积的高矿化度液体B，此时的页岩渗透压测量实验过程的初始状态参见图10。
可以理解的是，打开所述一号进液口1，在所述一号液体仓2内注入一定体积的低矿化度液体A；打开所述二号进液口8，在所述二号液体仓9内注入相同体积的高矿化度液体B；其中，低矿化度液体A用来模拟注入的压裂液，高矿化度液体B用来模拟地层水，为了缩短实验时间，A液体和B液体的矿化度要有较高的浓度差，推荐A液体的矿化度大约为1，000ppm，B液体的矿化度大约为10，000ppm。
S4、打开所述一号激光读数器5、所述二号激光读数器12、所述处理器14，实时记录所述一号带刻度游标4、所述二号带刻度游标11显示的液面深度，并在计算机实时显示所述一号带刻度游标4和所述二号带刻度游标11的液面差值。
可以理解的是，打开所述一号激光读数器5、所述二号激光读数器12、所述处理器14，实时记录所述一号带刻度游标4、所述二号带刻度游标11显示的液面深度，并在计算机实时显示所述一号带刻度游标4和所述二号带刻度游标11的液面差值。在实验实施过程中，水分子将通过所述页岩岩心模拟切片02内部的半透膜，由低矿化度一端(液体A端)进入到高矿化度一端(液体B端)，以达到矿化度的再平衡状态，同时也增加高矿化度一端的膜电位。
S5、待所述一号舱体2、所述二号舱体13内液面位置不再发生移动，即所述一号激光读数器5、所述二号激光读数器12在3分钟内显示读数误差小于1mm，停止计时，并记录最终液面深度，此时的页岩渗透压测量实验过程的实验结束状态参见图11。
可以理解的是，待所述一号舱体2、所述二号舱体13内液面位置不再发生移动，即所述一号激光读数器5、所述二号激光读数器12在3分钟内显示读数误差小于1mm，停止计时，并记录最终液面深度。为了保证液位计量的准确性，所述一号浮标3、所述二号浮标10、所述一号带刻度游标4、所述二号带刻度游标11整体质量要小于0.1kg。
S6、打开所述一号出液口6、所述二号出液口13，排出所述一号液体仓2、所述二号液体仓9内的液体。
S7、根据公式P＝ρgΔh计算相应的折算渗透压，其中P为折算渗透压，Pa；ρ为所述一号液体仓2、所述二号液体仓平衡后的密度，Kg/m3；g为重力加速度，9.8N/Kg；Δh为平衡后所述一号激光读数器、所述二号激光读数器读取的液面差，m。
可以理解的是，在步骤S1中，还要使用聚四氟乙烯材料将岩芯片与橡胶凹槽交接处封闭。
可以理解的是，在步骤S2中，所述一号液体仓2、所述二号液体仓内液体高度须大于舱体高度1/3，小于舱体高度2/3。
可以理解的是，在步骤S4及S5中，所述一号进液口、所述二号进液口均需打开，以平衡内部压力。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本申请公开并帮助理解各个申请方面中的一个或多个，在上面对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，申请方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。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组合。本申请并不局限于任何单一的方面，也不局限于任何单一的实施例，也不局限于这些方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，可以单独使用本申请的每个方面和/或实施例或者与一个或更多其他方面和/或其实施例结合使用。
应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
本申请中应用了具体实施例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (18)
1.一种页岩渗透压模拟发生装置，其特征在于，包括：内部形成有一液体容纳腔的装置本体；
所述装置本体具有形成容纳腔的内壁，在所述内壁上形成有用于安装页岩岩心模拟切片的安装位，以通过所述页岩岩心模拟切片将容纳腔分隔为两个液体仓；
所述液体仓具有进液口，且液体仓通过进液口与外界连通，所述进液口设有可拆卸式密封挡板；
两个所述液体仓分别用于容纳矿化度不同的液体，以根据两个液体仓内的液体在静止预设时段后的高度差确定所述页岩岩心模拟切片两侧的渗透压和/或渗透压变化速率。
2.根据权利要求1所述的页岩渗透压模拟发生装置，其特征在于，所述装置本体包括槽体和与该槽体可拆卸连接的盖板；
所述槽体与所述盖板之间形成所述容纳腔；
所述进液口设置在所述盖板上。
3.根据权利要求2所述的页岩渗透压模拟发生装置，其特征在于，所述槽体中与所述盖板相对设置的位置上设有可闭合式的出液口。
4.根据权利要求1所述的页岩渗透压模拟发生装置，其特征在于，所述容纳腔为一矩形腔体；
两个所述液体仓为形状相同的矩形仓体。
5.根据权利要求1所述的页岩渗透压模拟发生装置，其特征在于，所述安装位上设有一岩心片夹持器；
所述岩心片夹持器用于固定安装所述页岩岩心模拟切片。
6.根据权利要求5所述的页岩渗透压模拟发生装置，其特征在于，所述岩心片夹持器为凹形槽体，且该凹形槽体与所述装置本体的内壁之间密封连接；
所述凹形槽体的夹槽用于固定安装所述页岩岩心模拟切片。
7.根据权利要求6所述的页岩渗透压模拟发生装置，其特征在于，所述凹形槽体为橡胶槽体。
8.根据权利要求6所述的页岩渗透压模拟发生装置，其特征在于，所述凹形槽体的端口方向与所述容纳腔的水平方向垂直。
9.根据权利要求6所述的页岩渗透压模拟发生装置，其特征在于，所述凹形槽体与所述装置本体的内壁之间设有聚四氟乙烯涂层。
10.根据权利要求1至9任一项所述的页岩渗透压模拟发生装置，其特征在于，所述页岩岩心模拟切片为长方体切片。
11.一种页岩渗透压测量实验系统，其特征在于，包括：处理器、液位测量组件以及如权利要求1至10任一项所述的页岩渗透压模拟发生装置；
所述液位测量组件用于采集两个所述液体仓的液体深度数据；
所述处理器用于接收所述液位测量组件采集的两个所述液体仓的液体深度数据，并基于两个所述液体仓的液体深度数据和对应的测量时长确定所述页岩岩心模拟切片两侧的渗透压和/或渗透压变化速率。
12.根据权利要求11所述的页岩渗透压测量实验系统，其特征在于，所述液位测量组件包括：两个激光读数器，且每个所述激光读数器分别连接有一个带刻度游杆；
所述激光读数器与所述处理器通信连接；
所述激光读数器安装在所述装置本体外部，所述带刻度游杆和浮标设置在所述容纳腔内；
每个所述液体仓中均设有一个所述带刻度游杆，且每个所述带刻度游杆分别连接有一个浮标。
13.根据权利要求12所述的页岩渗透压测量实验系统，其特征在于，所述浮标的质量小于或等于0.1kg。
14.根据权利要求11所述的页岩渗透压测量实验系统，其特征在于，还包括：恒温箱；
所述页岩渗透压模拟发生装置和所述液位测量组件均设置在所述恒温箱内。
15.根据权利要求11所述的页岩渗透压测量实验系统，其特征在于，两个所述液体仓分别容纳的矿化度不同的液体包括：模拟注入压裂液和模拟地层水；
其中，所述模拟注入压裂液的矿化度低于所述模拟地层水的矿化度。
16.一种页岩渗透压测量实验方法，其特征在于，所述页岩渗透压测量实验方法应用权利要求11至15任一项所述的页岩渗透压测量实验系统实现，所述页岩渗透压测量实验方法包括：
经由两个所述进液口分别向两个所述液体仓内注入等体积且矿化度不同的液体，并使得所述进液口均处于未封闭状态；
应用所述液位测量组件实时采集两个所述液体仓各自对应的液体深度数据；
在根据液体仓各自对应的液体深度数据确定两个所述液体仓的液体深度均不再变化之时或之后，获取最新采集的两个所述液体仓的液体深度数据；
基于最新采集的两个所述液体仓的液体深度数据确定两个所述液体仓之间的液位差，并根据该液位差确定所述页岩岩心模拟切片两侧的渗透压和/或渗透压变化速率。
17.根据权利要求16所述的页岩渗透压测量实验方法，其特征在于，在所述经由两个所述进液口分别向两个所述液体仓内注入等体积且矿化度不同的液体，并使得所述进液口均处于未封闭状态之后，还包括：
若两个所述液体仓各自对应的液体深度数据在预设时段内的变化值均小于预设值，则判定两个所述液体仓的液体深度均不再变化。
18.根据权利要求16所述的页岩渗透压测量实验方法，其特征在于，所述根据该液位差确定所述页岩岩心模拟切片两侧的渗透压和/或渗透压变化速率，包括：
根据所述液位差、两个所述液体仓的液体深度均不再变化后的各自的液体密度以及重力加速度，确定所述页岩岩心模拟切片两侧的渗透压；
基于所述页岩岩心模拟切片两侧的渗透压以及对应的测量时长，确定对应的渗透压变化速率，其中，所述测量时长为自两个所述液体仓内注入液体到液体深度均不再变化之间的持续时长。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210806 |
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