CN114166726A - 一种岩心渗透率张量敏感性损伤测试设备与评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种岩心渗透率张量敏感性损伤测试设备与评价方法，所述评价方法包括以下步骤：首先，获取立方体形实验岩样，基于储层地质资料计算地层压力分布；然后，通过三轴应力加载模拟地层状态下岩心的真实应力和应变状态，设计酸液、碱液、无机盐溶液、地层水和不同驱替速度驱替实验，通过三向顺序驱替实现同一实验条件下岩心三向渗透率张量测定，并将实验测得的数据通过达西定律进行处理，计算得到三轴应力状态不同敏感性条件下的岩心渗透率张量损伤程度；最后，通过渗透率张量合成明确流体实时流动状态，实现了对储层渗透率张量敏感性的准确、高效测试和评价。本发明能够对储层渗透率张量进行高效、准确地测定，为油气田开发提供技术支持。
Description
技术领域
本发明涉及油气藏开发技术领域，特别涉及一种岩心渗透率张量敏感性损伤测试设备与评价方法。
背景技术
近年来，随着世界经济的飞速发展，全球对石油和天然气的需求量也在飞速增加，伴随着常规油气资源的日益减少，非常规油气资源已经成为目前勘探和开发的主战场，其高效开发利用对维持经济稳定增长，保障国家能源安全具有重要意义。在非常规油气资源的开发过程中，油气储层会与外来流体发生更加明显的物理化学作用从而使储层孔隙结构和渗透性发生变化，不同程度的损害储层渗透率，导致产能下降，储量丢失，储层渗透率张量敏感性包括速敏性、水敏性、盐敏性、酸敏性、碱敏性和应力敏感性。因此，不同条件下渗透率张量的变化规律和定量刻画对储层流体的渗流规律研究具有重要意义。
目前，国内外常用的渗透率测试和评价方法中，采用圆柱形岩心径向加载相应地层压力后，通过轴向驱替压差的变化测定储层渗透率变化值，进而确定岩心渗透率张量损伤程度，但是上述方法中，岩心径向加载的压力大小均相等，并且岩心驱替方向无外加应力荷载，与岩心在地层状态下所受的实际应力荷载存在较大差异。此外，传统渗透率测定方法由于岩心形状限制和围压加载方式的限制，仅能实现某一单一方向的岩心渗透率测定，为实现“三向”渗透率测定通常需要在三个方向取岩心进行多次测量，实验条件与实际地层条件存在较大差异，测试流程繁琐且实验经济性较差，如何准确、高效的开展储层渗透率张量损伤测试仍旧是油气田开发领域的一大技术难题。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种岩心渗透率张量敏感性损伤测试设备与评价方法，能够实现同一实验条件下岩心三向渗透率张量的高效、准确测定。
本发明的技术方案如下：
一方面，提供一种岩心渗透率张量敏感性损伤测试设备，包括岩心三轴夹持系统、三维三向驱替系统、回压系统、压力监测系统、温度模拟系统和气液回收系统；
所述岩心三轴夹持系统包括六块岩心夹持面板和三组压力加载系统，所述六块岩心夹持面板用于夹持立方体岩心的六个面，相邻两块岩心夹持面板之间通过密封组件进行密封；每组所述压力加载系统包括两个油泵、两个液压传动杆、以及一个控制系统；所述油泵与所述液压传动杆相连，同一组压力加载系统的两个所述液压传动杆分别与相对的两个岩心夹持面板相连，所述控制系统用于控制同组的两个所述液压传动杆对目标岩心相对的两个端面施加大小相等、方向相反的压力荷载；
所述三维三向驱替系统与所述岩心三轴夹持系统相连，用于对所述立方体岩心进行三维三向驱替；所述回压系统与所述岩心三轴夹持系统相连，用于对所述立方体岩心施加回压；所述压力监测系统用于监测所述立方体岩心入口端和出口端的流体压力、所述立方体岩心出口端的回压压力、以及各方向对所述立方体岩心外加的压力荷载；所述温度模拟系统用于模拟地层温度条件；所述气液回收系统用于回收实验过程中产生的废液和废气。
作为优选，所述岩心夹持面板的中心设有贯穿所述岩心夹持面板的流体通道，所述岩心夹持面板的内表面设有多个以所述岩心夹持面板中心为中心的同轴环形凹槽，各环形凹槽之间通过线性凹槽相连通，且所述线性凹槽与所述流体通道相连通。
作为优选，所述线性凹槽设置多个，且多个所述线性凹槽在所述岩心夹持面板上以所述岩心夹持面板中心为中心环形阵列分布。
另一方面，还提供一种岩心渗透率张量敏感性损伤评价方法，采用上述任意一项所述的岩心渗透率张量敏感性损伤测试设备进行评价，包括以下步骤：
S1：收集目标储层的地质资料，获取目标储层的应力分布，并将岩心所受应力分解为垂向应力Pz和与所述垂向应力正交的两个水平应力Px、Py；
S2：获取目标储层的目标岩心，将其加工成立方体后安装在所述岩心三轴夹持系统中，检测安装完成后测试设备的连通性和气密性；
S3：对所述目标岩心进行三向驱替，开展敏感性损伤测试，记录各向驱替过程中监测到的压力和流量数据；所述敏感性损伤测试包括酸敏性测试、碱敏性测试、盐敏性测试、水敏性测试、速敏性测试、应力敏感性测试中的任意一种或多种；
S4：根据所述压力和流量数据，计算所述目标岩心各方向的渗透率值，根据各方向所述渗透率值计算各方向的敏感性损伤率，所述敏感性损伤率最大值所对应的方向即为目标岩心渗透率敏感性最强方向。
作为优选，步骤S3中，开展酸敏性测试时，按照步骤S1获取的三向应力对所述目标岩心加载相应外加应力大小，对目标岩心注入0.5-1.5倍孔隙体积的实验酸液，待目标岩心与所述实验酸液反应0.5h后再进行三向驱替；
开展碱敏性测试、盐敏性测试、水敏性测试时，按照步骤S1获取的三向应力对所述目标岩心加载相应外加应力大小，对目标岩心注入10-15倍孔隙体积的实验流体，待目标岩心与所述实验酸液反应12h后再进行三向驱替。
作为优选，步骤S3中，开展速敏性测试时，按照步骤S1获取的三向应力对所述目标岩心加载相应外加应力大小，设定不同的流量，按流量从小到大的顺序进行三向驱替。
作为优选，步骤S3中，开展应力敏感性测试时，包括以下子步骤：
S31：设定各方向压力的变化步长ΔPx、ΔPy、ΔPz；
S32：确定各方向第一时间步的外加应力大小，并采用所述第一时间步的外加应力大小进行三向驱替；
S33：根据步骤S31设定的压力变化步长，依次进行第二时间步、第三时间步、……、第i时间步的外加应力大小条件下的三向驱替。
作为优选，步骤S31中，各方向压力的变化步长在3-5MPa范围内。
作为优选，步骤S32中，各方向第一时间步的外加应力大小通过下式进行计算：
式中：Px1、Py1、Pz1分别为第一时间步下目标岩心在x、y、z方向的有效地层应力；Px、Py分别为目标岩心在x、y方向的原始地层应力；Pl为储层原始孔隙压力；ρ为岩石密度；g为重力加速度；h为目标岩心埋深。
作为优选，步骤S4中，各方向的渗透率值通过下式进行计算：
式中：Kxi、Kyi、Kzi分别为时间步i下目标岩心在x、y、z方向的渗透率；Qxi、Qyi、Qzi分别为时间步i下在x、y、z方向的流量；μ为驱替流体的粘度；L为目标岩心的长度；A为目标岩心的横截面积；Pxi-in、Pyi-in、Pzi-in分别为时间步i下x、y、z方向的入口端压力；Pxi-out、Pyi-out、Pzi-out分别为时间步i下x、y、z方向的出口端压力；
各方向的敏感性损伤率通过下式进行计算：
式中：Dx(i-1)、Dy(i-1)、Dz(i-1)分别为时间步1变化至时间步i后，目标岩心在x、y、z方向的敏感性损伤率；
各方向的敏感性损伤率最大值通过下式进行计算：
式中：Dxmax、Dymax、Dzmax分别为x、y、z方向的最大敏感性损伤率；Dx1、Dx2、Dx(n-1)分别为时间步1变化至时间步2、时间步1变化至时间步3、时间步1变化至时间步n的x方向的敏感性损伤率；Dy1、Dy2、Dy(n-1)分别为时间步1变化至时间步2、时间步1变化至时间步3、时间步1变化至时间步n的y方向的敏感性损伤率；Dz1、Dz2、Dz(n-1)分别为时间步1变化至时间步2、时间步1变化至时间步3、时间步1变化至时间步n的z方向的敏感性损伤率。
本发明的有益效果是：
本发明通过岩心三轴夹持系统能够对目标岩心实现真实地应力的三向加载，通过实验模拟岩心在储层所受真实应力以及应力变化过程，能最大程度保证岩心渗透率张量损伤测试实验的真实性和准确性；本发明装置和实验方法操作简单，一次实验就可以实现岩心三向渗透率测试，大大增加了岩心渗透率测试实验的便捷性，且可以实现一机多用，实现包括酸敏、碱敏、盐敏、水敏、速敏和应力敏感在内的储层渗透率三向敏感性损伤测试，测试项目更加全面，评价标准更加多样和准确。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明岩心渗透率张量敏感性损伤测试设备岩心夹持面板的结构示意图；
图2为本发明岩心渗透率张量敏感性损伤测试设备岩心夹持面板安装状态结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。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技术特征可以相互结合。需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。本发明公开使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
一方面，如图1-2所示，本发明提供一种岩心渗透率张量敏感性损伤测试设备，包括岩心三轴夹持系统、三维三向驱替系统、回压系统、压力监测系统、温度模拟系统和气液回收系统；
所述岩心三轴夹持系统包括六块岩心夹持面板和三组压力加载系统，所述六块岩心夹持面板用于夹持立方体岩心的六个面，相邻两块岩心夹持面板之间通过密封组件进行密封；每组所述压力加载系统包括两个油泵、两个液压传动杆、以及一个控制系统；所述油泵与所述液压传动杆相连，同一组压力加载系统的两个所述液压传动杆分别与相对的两个岩心夹持面板相连，所述控制系统用于控制同组的两个所述液压传动杆对目标岩心相对的两个端面施加大小相等、方向相反的压力荷载；
所述三维三向驱替系统与所述岩心三轴夹持系统相连，用于对所述立方体岩心进行三维三向驱替；所述回压系统与所述岩心三轴夹持系统相连，用于对所述立方体岩心施加回压；所述压力监测系统用于监测所述立方体岩心入口端和出口端的流体压力、所述立方体岩心出口端的回压压力、以及各方向对所述立方体岩心外加的压力荷载；所述温度模拟系统用于模拟地层温度条件；所述气液回收系统用于回收实验过程中产生的废液和废气。
为了消减流体端面效应，可选地，所述岩心夹持面板的中心设有贯穿所述岩心夹持面板的流体通道，所述岩心夹持面板的内表面设有多个以所述岩心夹持面板中心为中心的同轴环形凹槽，各环形凹槽之间通过线性凹槽相连通，且所述线性凹槽与所述流体通道相连通，所述线性凹槽设置多个，且多个所述线性凹槽在所述岩心夹持面板上以所述岩心夹持面板中心为中心环形阵列分布。
在一个具体的实施例中，所述三维三向驱替系统包括2PB系列平流泵、高压气源、中间容器、高温高压管线和所述岩心夹持面板；所述三轴三向驱替系统将一台2PB系列平流泵与三个不同方向的岩心夹持面板相连，通过阀门组合控制流体驱替方向，主要用于渗透率张量损伤测试时提供不同方向的恒定流速的液体，所述高压气源用于气测渗透率时提供稳定流速气体，中间容器用于盛放不同类型实验流体（酸、碱、盐等）用于三轴三向储层岩心敏感性测试，高温高压管线可用于连接驱替系统的各部分实验装置。
所述回压系统包括回压阀和2PB系列平流泵（或手摇泵）。当需要提高驱替系统的压力时，将回压阀与驱替系统出口端相连，然后通过高温高压管线与平流泵（或手摇泵）相连，2PB系列平流泵（或手摇泵）在此处用于提供出口所需的回压压力。
所述压力监测系统包括数个压力传感器，所述压力监测系统用于监测目标岩心入口端和出口端流体压力、目标岩心出口端回压压力以及各方向对目标岩心的外加压力荷载。
所述高低温恒温系统由一个全自动高低温恒温实验箱构成，所述高低温恒温实验箱可根据实验需要设置不同的实验温度，模拟地层条件下的温度条件。
所述气液回收系统包括废液缸、气液分离器和气体回收袋，所述气液回收系统用于将实验过程中产生的废液和废气进行回收处理，避免造成环境污染。
另一方面，本发明还提供一种岩心渗透率张量敏感性损伤评价方法，采用上述任意一项所述的岩心渗透率张量敏感性损伤测试设备进行评价。
在一个具体的实施例中，对酸敏性进行评价时，包括以下步骤：
（1）收集目标储层地质资料，根据地震解释、测井资料和地应力测试等相关数据确定储层应力分布，将目标岩心所受应力分解为垂向应力Pz和与所述垂向应力正交的两个水平应力Px、Py；
（2）获取目标储层的目标岩心，将其加工成立方体后安装在所述岩心三轴夹持系统中；可选地，所述目标岩心按照5cm×5cm×5cm的尺寸标准进行加工，加工时需注意各端面的平整性，便于外加应力均匀加载于岩样各端面，避免产生应力集中；
（3）检查岩心渗透率张量敏感性损伤测试设备其余各部分的连通性和气密性，确定连通性和气密性良好后进入下一步；
（4）将目标岩样放置于z轴下部的岩心夹持面板上，操作压力加载控制系统将目标岩心固定在岩心夹持面板上，然后按照步骤（1）中得到的三向应力Px、Py和Pz在不同的方向加载相应外加应力大小；
根据外来流体、地层矿物及地层流体矿化度的具体情况合理设置实验酸液浓度，按照岩样类型向目标岩心注入0.5-1.5倍孔隙体积实验酸液，停止驱替并关闭岩心三轴夹持系统进出口，待目标岩样与实验流体反应0.5h之后，顺序开展三向驱替，记录实验监测数据，计算目标岩心各方向的渗透率值：
式中：Kxi、Kyi、Kzi分别为时间步i下目标岩心在x、y、z方向的渗透率；Qxi、Qyi、Qzi分别为时间步i下在x、y、z方向的流量；μ为驱替流体的粘度；L为目标岩心的长度；A为目标岩心的横截面积；Pxi-in、Pyi-in、Pzi-in分别为时间步i下x、y、z方向的入口端压力；Pxi-out、Pyi-out、Pzi-out分别为时间步i下x、y、z方向的出口端压力；
（1）根据各方向所述渗透率值计算三轴外加应力条件下，不同酸液浓度实验中目标岩心的三向敏感性损伤率以及目标岩心的三向渗透率最大酸敏性损伤率，其中，岩心渗透率最大损伤率方向即为岩心渗透率酸敏性最强方向：
式中：Dx(i-1)、Dy(i-1)、Dz(i-1)分别为时间步1变化至时间步i后，目标岩心在x、y、z方向的敏感性损伤率；Dxmax、Dymax、Dzmax分别为x、y、z方向的最大敏感性损伤率；Dx1、Dx2、Dx(n-1)分别为时间步1变化至时间步2、时间步1变化至时间步3、时间步1变化至时间步n的x方向的敏感性损伤率；Dy1、Dy2、Dy(n-1)分别为时间步1变化至时间步2、时间步1变化至时间步3、时间步1变化至时间步n的y方向的敏感性损伤率；Dz1、Dz2、Dz(n-1)分别为时间步1变化至时间步2、时间步1变化至时间步3、时间步1变化至时间步n的z方向的敏感性损伤率。
在一个具体的实施例中，对碱敏性进行评价时，包括以下步骤：
（1）收集目标储层地质资料，根据地震解释、测井资料和地应力测试等相关数据确定储层应力分布，将目标岩心所受应力分解为垂向应力Pz和与所述垂向应力正交的两个水平应力Px、Py；
（2）获取目标储层的目标岩心，将其加工成立方体后安装在所述岩心三轴夹持系统中；可选地，所述目标岩心按照5cm×5cm×5cm的尺寸标准进行加工，加工时需注意各端面的平整性，便于外加应力均匀加载于岩样各端面，避免产生应力集中；
（3）检查岩心渗透率张量敏感性损伤测试设备其余各部分的连通性和气密性，确定连通性和气密性良好后进入下一步；
（4）将目标岩样放置于z轴下部的岩心夹持面板上，操作压力加载控制系统将目标岩心固定在岩心夹持面板上，然后按照步骤（1）中得到的三向应力Px、Py和Pz在不同的方向加载相应外加应力大小；
（5）根据外来流体、地层矿物及地层流体矿化度的具体情况合理设置实验碱液浓度，按照岩样类型向目标岩心注入10-15倍孔隙体积实验碱液，停止驱替并关闭岩心三轴夹持系统进出口，待目标岩样与实验流体反应12h之后，顺序开展三向驱替，记录实验监测数据，结合式（4）-（6）计算目标岩心各方向的渗透率值；
（6）根据各方向所述渗透率值，结合式（7）-（12）计算三轴外加应力条件下，不同碱液浓度实验中目标岩心的三向敏感性损伤率以及目标岩心的三向渗透率最大碱敏性损伤率，其中，岩心渗透率最大损伤率方向即为岩心渗透率碱敏性最强方向。
在一个具体的实施例中，对盐敏性进行评价时，包括以下步骤：
（1）收集目标储层地质资料，根据地震解释、测井资料和地应力测试等相关数据确定储层应力分布，将目标岩心所受应力分解为垂向应力Pz和与所述垂向应力正交的两个水平应力Px、Py；
（2）获取目标储层的目标岩心，将其加工成立方体后安装在所述岩心三轴夹持系统中；可选地，所述目标岩心按照5cm×5cm×5cm的尺寸标准进行加工，加工时需注意各端面的平整性，便于外加应力均匀加载于岩样各端面，避免产生应力集中；
（3）检查岩心渗透率张量敏感性损伤测试设备其余各部分的连通性和气密性，确定连通性和气密性良好后进入下一步；
（4）将目标岩样放置于z轴下部的岩心夹持面板上，操作压力加载控制系统将目标岩心固定在岩心夹持面板上，然后按照步骤（1）中得到的三向应力Px、Py和Pz在不同的方向加载相应外加应力大小；
（5）根据外来流体、地层矿物及地层流体矿化度的具体情况合理设置实验流体矿化度，按照岩样类型向目标岩心注入10-15倍孔隙体积实验流体，停止驱替并关闭岩心三轴夹持系统进出口，待目标岩样与实验流体反应12h之后，顺序开展三向驱替，记录实验监测数据，结合式（4）-（6）计算目标岩心各方向的渗透率值；
（6）根据各方向所述渗透率值，结合式（7）-（12）计算三轴外加应力条件下，不同流体矿化度实验中目标岩心的三向敏感性损伤率以及目标岩心的三向渗透率最大盐敏性损伤率，其中，岩心渗透率最大损伤率方向即为岩心渗透率盐敏性最强方向。
在一个具体的实施例中，对水敏性进行评价时，包括以下步骤：
（1）收集目标储层地质资料，根据地震解释、测井资料和地应力测试等相关数据确定储层应力分布，将目标岩心所受应力分解为垂向应力Pz和与所述垂向应力正交的两个水平应力Px、Py；
（2）获取目标储层的目标岩心，将其加工成立方体后安装在所述岩心三轴夹持系统中；可选地，所述目标岩心按照5cm×5cm×5cm的尺寸标准进行加工，加工时需注意各端面的平整性，便于外加应力均匀加载于岩样各端面，避免产生应力集中；
（3）检查岩心渗透率张量敏感性损伤测试设备其余各部分的连通性和气密性，确定连通性和气密性良好后进入下一步；
（4）将目标岩样放置于z轴下部的岩心夹持面板上，操作压力加载控制系统将目标岩心固定在岩心夹持面板上，然后按照步骤（1）中得到的三向应力Px、Py和Pz在不同的方向加载相应外加应力大小；
（5）向目标岩心注入10-15倍孔隙体积蒸馏水，停止驱替并关闭岩心三轴夹持系统进出口，待目标岩样与实验流体反应12h之后，顺序开展三向驱替，记录实验监测数据，结合式（4）-（6）计算目标岩心各方向的渗透率值；
（6）根据各方向所述渗透率值，结合式（7）-（12）计算三轴外加应力条件下目标岩心的三向敏感性损伤率以及目标岩心的三向渗透率最大水敏性损伤率，其中，岩心渗透率最大损伤率方向即为岩心渗透率水敏性最强方向。
在一个具体的实施例中，对速敏性进行评价时，包括以下步骤：
（1）收集目标储层地质资料，根据地震解释、测井资料和地应力测试等相关数据确定储层应力分布，将目标岩心所受应力分解为垂向应力Pz和与所述垂向应力正交的两个水平应力Px、Py；
（2）获取目标储层的目标岩心，将其加工成立方体后安装在所述岩心三轴夹持系统中；可选地，所述目标岩心按照5cm×5cm×5cm的尺寸标准进行加工，加工时需注意各端面的平整性，便于外加应力均匀加载于岩样各端面，避免产生应力集中；
（3）检查岩心渗透率张量敏感性损伤测试设备其余各部分的连通性和气密性，确定连通性和气密性良好后进入下一步；
（4）将目标岩样放置于z轴下部的岩心夹持面板上，操作压力加载控制系统将目标岩心固定在岩心夹持面板上，然后按照步骤（1）中得到的三向应力Px、Py和Pz在不同的方向加载相应外加应力大小；
（5）设定不同的流量，按流量从小到大的顺序进行三向驱替；可选地，按照0.1cm3/min，0.25cm3/min，0.5cm3/min，0.75cm3/min，1 cm3/min，1.5cm3/min，2cm3/min，3cm3/min，4cm3/min，5cm3/min，6cm3/min的流量顺序开展三向驱替；记录实验监测数据，结合式（4）-（6）计算目标岩心各方向的渗透率值；
（6）根据各方向所述渗透率值，结合式（7）-（12）计算三轴外加应力条件下，不同驱替速度实验中目标岩心的三向敏感性损伤率以及目标岩心的三向渗透率最大速敏性损伤率，其中，岩心渗透率最大损伤率方向即为岩心渗透率速敏性最强方向。
在一个具体的实施例中，对应力敏性进行评价时，包括以下步骤：
（1）收集目标储层地质资料，根据地震解释、测井资料和地应力测试等相关数据确定储层应力分布，将目标岩心所受应力分解为垂向应力Pz和与所述垂向应力正交的两个水平应力Px、Py；
设定各方向压力的变化步长ΔPx、ΔPy、ΔPz，并确定各方向第一时间步的外加应力大小；为了避免压力步长设置过大，对岩心造成塑性破坏，可选地，所述变化步长取值在3-5MPa范围内；各方向压力的变化步长通过下式进行计算：
式中：Pl为储层原始孔隙压力；Pi为油藏废弃时的孔隙压力；N为时间步数；
各方向第一时间步的外加应力大小通过下式进行计算：
式中：Px1、Py1、Pz1分别为第一时间步下目标岩心在x、y、z方向的有效地层应力；Px0、Py0、Pz0分别为目标岩心在x、y、z方向的原始地层应力；ρ为岩石密度；g为重力加速度；h为目标岩心埋深。
（1）获取目标储层的目标岩心，将其加工成立方体后安装在所述岩心三轴夹持系统中；可选地，所述目标岩心按照5cm×5cm×5cm的尺寸标准进行加工，加工时需注意各端面的平整性，便于外加应力均匀加载于岩样各端面，避免产生应力集中；
（2）检查岩心渗透率张量敏感性损伤测试设备其余各部分的连通性和气密性，确定连通性和气密性良好后进入下一步；
（3）将目标岩样放置于z轴下部的岩心夹持面板上，操作压力加载控制系统将目标岩心固定在岩心夹持面板上，然后按照步骤（2）中得到的三向第一时间步的外加应力大小在不同的方向加载相应外加应力大小，并在该应力状态下进行三向驱替，记录实验监测数据；
（4）根据步骤（2）设定的变化步长，按应力从小到大的顺序进行第二时间步长、第三时间步长、……、第i时间步长应力下的三向驱替，记录实验监测数据；
（1）根据步骤（5）和步骤（6）的实验监测数据，结合式（4）-（6）计算目标岩心各方向的渗透率值；
（2）根据各方向所述渗透率值，结合式（7）-（12）计算三轴外加应力条件下，各时间步目标岩心的三向敏感性损伤率以及目标岩心的三向渗透率最大应力敏性损伤率，其中，岩心渗透率最大损伤率方向即为岩心渗透率应力敏性最强方向。
在一个具体的实施例中，以某目标储层的一块5cm×5cm×5cm的目标岩心为例，采用本发明开展岩心渗透率张量应力敏感性测试。
根据该目标储层的地震解释、测井资料和地应力测试等相关数据确定储层原始应力分布，将目标岩心所受应力分解为垂向应力Pz和与垂向应力正交的两个水平应力Px、Py，其大小分别为20MPa、16MPa和15MPa，储层原始孔隙压力为8MPa，油藏废弃时的孔隙压力为4MPa，目标岩心边长为5cm，三向驱替速度均为1ml/min，实验流体粘度为1mpa·s。
根据实验需要，设置时间步数N为2，则各轴向压力变化步长为：
计算得到各时间步三轴外加应力如表1所示：
表1 各时间步三轴外加应力值
按照上述计算的各时间步三轴外加应力展开实验，测得不同时间步三向入口和出口压力如表2所示：
表2 各时间步三向入口和出口压力
通过不同时间步三向入口和出口压力计算得到各时间步三向渗透率如表3所示：
表3 各时间步三向渗透率
通过各时间步三向渗透率计算得到目标岩心的三向渗透率敏感性损伤率如表4所示：
表4 目标岩心三向渗透率敏感性损伤率
从表4可以看出，x轴方向的渗透率最大敏感性损伤率为39.76%，y轴方向的渗透率最大敏感性损伤率为21.31%，z轴方向的渗透率最大敏感性损伤率为17.14%。x轴方向渗透率最大，敏感性损伤率也最大，x方向即为目标岩心渗透率应力敏感性最强方向。
综上所述，本发明能够通过计算，测量不同条件下（酸、碱、盐、水、速、应力）三轴应力状态岩心的渗透率张量损失，明确各方向渗透率敏感程度，为油气田开发方案的制定提供有力依据，与现有技术相比，具有显著的进步。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种岩心渗透率张量敏感性损伤测试设备，其特征在于，包括岩心三轴夹持系统、三维三向驱替系统、回压系统、压力监测系统、温度模拟系统和气液回收系统；
所述岩心三轴夹持系统包括六块岩心夹持面板和三组压力加载系统，所述六块岩心夹持面板用于夹持立方体岩心的六个面，相邻两块岩心夹持面板之间通过密封组件进行密封；每组所述压力加载系统包括两个油泵、两个液压传动杆、以及一个控制系统；所述油泵与所述液压传动杆相连，同一组压力加载系统的两个所述液压传动杆分别与相对的两个岩心夹持面板相连，所述控制系统用于控制同组的两个所述液压传动杆对目标岩心相对的两个端面施加大小相等、方向相反的压力荷载；
所述三维三向驱替系统与所述岩心三轴夹持系统相连，用于对所述立方体岩心进行三维三向驱替；所述回压系统与所述岩心三轴夹持系统相连，用于对所述立方体岩心施加回压；所述压力监测系统用于监测所述立方体岩心入口端和出口端的流体压力、所述立方体岩心出口端的回压压力、以及各方向对所述立方体岩心外加的压力荷载；所述温度模拟系统用于模拟地层温度条件；所述气液回收系统用于回收实验过程中产生的废液和废气。
2.根据权利要求1所述的岩心渗透率张量敏感性损伤测试设备，其特征在于，所述岩心夹持面板的中心设有贯穿所述岩心夹持面板的流体通道，所述岩心夹持面板的内表面设有多个以所述岩心夹持面板中心为中心的同轴环形凹槽，各环形凹槽之间通过线性凹槽相连通，且所述线性凹槽与所述流体通道相连通。
3.根据权利要求2所述的岩心渗透率张量敏感性损伤测试设备，其特征在于，所述线性凹槽设置多个，且多个所述线性凹槽在所述岩心夹持面板上以所述岩心夹持面板中心为中心环形阵列分布。
4.一种岩心渗透率张量敏感性损伤评价方法，其特征在于，采用权利要求1-3中任意一项所述的岩心渗透率张量敏感性损伤测试设备进行评价，包括以下步骤：
S1：收集目标储层的地质资料，获取目标储层的应力分布，并将岩心所受应力分解为垂向应力Pz和与所述垂向应力正交的两个水平应力Px、Py；
S2：获取目标储层的目标岩心，将其加工成立方体后安装在所述岩心三轴夹持系统中，检测安装完成后测试设备的连通性和气密性；
S3：对所述目标岩心进行三向驱替，开展敏感性损伤测试，记录各向驱替过程中监测到的压力和流量数据；所述敏感性损伤测试包括酸敏性测试、碱敏性测试、盐敏性测试、水敏性测试、速敏性测试、应力敏感性测试中的任意一种或多种；
S4：根据所述压力和流量数据，计算所述目标岩心各方向的渗透率值，根据各方向所述渗透率值计算各方向的敏感性损伤率，所述敏感性损伤率最大值所对应的方向即为目标岩心渗透率敏感性最强方向。
5.根据权利要求4所述的一种岩心渗透率张量敏感性损伤评价方法，其特征在于，步骤S3中，开展酸敏性测试时，按照步骤S1获取的三向应力对所述目标岩心加载相应外加应力大小，对目标岩心注入0.5-1.5倍孔隙体积的实验酸液，待目标岩心与所述实验酸液反应0.5h后再进行三向驱替；
开展碱敏性测试、盐敏性测试、水敏性测试时，按照步骤S1获取的三向应力对所述目标岩心加载相应外加应力大小，对目标岩心注入10-15倍孔隙体积的实验流体，待目标岩心与所述实验酸液反应12h后再进行三向驱替。
6.根据权利要求4所述的一种岩心渗透率张量敏感性损伤评价方法，其特征在于，步骤S3中，开展速敏性测试时，按照步骤S1获取的三向应力对所述目标岩心加载相应外加应力大小，设定不同的流量，按流量从小到大的顺序进行三向驱替。
7.根据权利要求4所述的一种岩心渗透率张量敏感性损伤评价方法，其特征在于，步骤S3中，开展应力敏感性测试时，包括以下子步骤：
S31：设定各方向压力的变化步长ΔPx、ΔPy、ΔPz；
S32：确定各方向第一时间步的外加应力大小，并采用所述第一时间步的外加应力大小进行三向驱替；
S33：根据步骤S31设定的压力变化步长，依次进行第二时间步、第三时间步、……、第i时间步的外加应力大小条件下的三向驱替。
8.根据权利要求7所述的一种岩心渗透率张量敏感性损伤评价方法，其特征在于，步骤S31中，各方向压力的变化步长在3-5MPa范围内。
9.根据权利要求7所述的一种岩心渗透率张量敏感性损伤评价方法，其特征在于，步骤S32中，各方向第一时间步的外加应力大小通过下式进行计算：
式中：Px1、Py1、Pz1分别为第一时间步下目标岩心在x、y、z方向的有效地层应力；Px、Py分别为目标岩心在x、y方向的原始地层应力；Pl为储层原始孔隙压力；ρ为岩石密度；g为重力加速度；h为目标岩心埋深。
10.根据权利要求5-9中任意一项所述的一种岩心渗透率张量敏感性损伤评价方法，其特征在于，步骤S4中，各方向的渗透率值通过下式进行计算：
式中：Kxi、Kyi、Kzi分别为时间步i下目标岩心在x、y、z方向的渗透率；Qxi、Qyi、Qzi分别为时间步i下在x、y、z方向的流量；μ为驱替流体的粘度；L为目标岩心的长度；A为目标岩心的横截面积；Pxi-in、Pyi-in、Pzi-in分别为时间步i下x、y、z方向的入口端压力；Pxi-out、Pyi-out、Pzi-out分别为时间步i下x、y、z方向的出口端压力；
各方向的敏感性损伤率通过下式进行计算：
式中：Dx(i-1)、Dy(i-1)、Dz(i-1)分别为时间步1变化至时间步i后，目标岩心在x、y、z方向的敏感性损伤率；
各方向的敏感性损伤率最大值通过下式进行计算：
式中：Dxmax、Dymax、Dzmax分别为x、y、z方向的最大敏感性损伤率；Dx1、Dx2、Dx(n-1)分别为时间步1变化至时间步2、时间步1变化至时间步3、时间步1变化至时间步n的x方向的敏感性损伤率；Dy1、Dy2、Dy(n-1)分别为时间步1变化至时间步2、时间步1变化至时间步3、时间步1变化至时间步n的y方向的敏感性损伤率；Dz1、Dz2、Dz(n-1)分别为时间步1变化至时间步2、时间步1变化至时间步3、时间步1变化至时间步n的z方向的敏感性损伤率。
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