CN114295530A - 一种不规则样品渗透率测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种不规则样品渗透率测试方法，包括选取和制备样品、使用激光扫描仪对样品进行外形的三维扫描、通过软件获取样品沿拟测试流体流动方向上的一系列截面积值、使用3D打印机制作外径为标准尺寸且内部为不规则样品形状的中空圆柱状胶套、将样品安装入3D打印的胶套、通过使用稳态法或者脉冲衰减法测量渗透率。本发明同时提供了稳态法和脉冲衰减法计算不规则形状样品渗透率的计算方法。该方法适应于易破裂无法制备完整标准岩心的页岩样品，也适用于海洋油气钻井唯一可获得的岩屑样品。
Description
技术领域
本发明涉及石油天然气技术领域，特别是涉及一种不规则样品渗透率测试方法。
背景技术
在油气开发过程中，岩石的渗透率是重要的储层参数，因此，需要对其岩心开展渗透率的实验研究。由于常规油气的日益枯竭，油气勘探开发重点目前包括页岩油气、深部油气以及海洋油气等领域。由于页岩包含大量的纹层且页理缝发育，岩心样品的制备过程中，经常会沿页理面或页理缝断裂而无法制成完整的样品。而深部油气和海洋油气勘探过程中，钻取岩心成本难度高，因此获得的岩石样品大都为钻井过程中的岩石碎屑，而这些样品无法制备成岩心开展常规的渗透率测试。针对岩屑的渗透率实验经常使用的是GRI方法，但是，GRI法是流体流入样品的实验方法，因此主要测量的是岩石基质孔的渗透率而不是岩石裂隙的渗透率，同时GRI法也无法测量岩石渗透率的各向异性。因此需要建立针对上述不规则样品的渗透率测试方法，即流体流过样品的实验方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种不规则样品渗透率测试方法，以解决上述现有技术存在的问题，用于制备标准样困难的页岩等岩石的渗透率测量，以及包括在海洋油气勘探过程中无法获得岩心而只有岩屑的样品渗透率测量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种不规则样品渗透率测试方法，包括以下步骤：
(1)样品制备
使用激光扫描获得不规则形状页岩样品或无法取得岩心只有岩屑的岩性样品的三维立体图；紧接着使用图像处理软件获得沿着拟测试样品内流体流动方向的截面积A(x)随着位置x变化的数值；然后使用3D打印机打印外径为标准尺寸、内部为不规则页岩形状的中空的圆柱状的胶套，并将不规则形状页岩样品装入胶套内；
(2)采用稳态法或脉冲衰减法计算渗透率
1)当采用稳态法计算渗透率时，该方法包括使用稳态法公式如下：
其中k为样品的渗透率，L为样品在测试方向上的长度，x为沿测试方向样品中任意一点距起始点的距离，A(x)为样品在位置x处垂直于流动方向的截面积，P2为出口端的流体压力，P1为进口端的流体压力，
为达到稳态时的质量流量，ρ为流体密度，μ为流体的粘度，p为流体的压力；
当使用的流体密度和粘度为常数时，上述公式可简化为：
其中Q为稳态时的体积流量；
2)当采用脉冲衰减法计算渗透率时，该方法包括使用脉冲衰减法，脉冲衰减法需要用数值方法联立解如下方程组获得渗透率k：
其中Q为流过样品的体积流量，Qu是上游流体罐流出的流量，Qd是下游流体罐流入的流量，k为样品的渗透率，A(x)为沿着测试方向位置x处的样品截面积，μ为流体粘度，p为流体压力；Vu和Vd分别是上下游流体罐的体积，β为流体的压缩系数，pu和pd分别是上下游流体罐中流体的压力，t为时间；通过数值方法解析上述方程组求解获得渗透率k。
优选地，所述步骤(1)中，不规则形状页岩样品或无法取得岩心只有岩屑的岩性样品需要具有厘米尺度，以测试方向为基准，将样品的两端用线切割切平或用砂纸磨平。
优选地，所述步骤(1)中针对同一个样品可制备不同方向3D打印胶套以实现不同方向渗透率的测量。
优选地，所述3D打印机打印的材料是包括光敏聚合物在内的具有弹性的材料，也包括安装完样品后又硬化的材料。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
本发明中的不规则样品渗透率测试方法，可以实现无法制取标准岩心的岩石样品或不规则形状的页岩样品的渗透率的准确测量。
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。
图1为不规则形状样品及3D打印胶套示意图；
图2为稳态法计算渗透率示意图；
图3为脉冲衰减法示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种不规则样品渗透率测试方法，以解决上述现有技术存在的问题，用于制备标准样困难的页岩等岩石的渗透率测量，以及包括在海洋油气勘探过程中无法获得岩心而只有岩屑的样品渗透率测量。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-图3所示，本发明提供一种不规则样品渗透率测试方法，具体包括以下步骤：
首先，不规则形状岩石样品或无法取得岩心只有岩屑的岩性样品的制备
(1)选取样品，样品需要具有厘米尺度，将样品拟测试方向的两端用线切割切平或者用砂纸磨平；
(2)使用激光扫描仪对样品进行形状扫描获得外形的扫描数据文件；
(3)使用图像处理软件获得沿着拟测试样品内流体流动方向的截面积A(x)随着x变化的数值；
(4)使用3D处理软件获得胶套的打印文件，胶套内部中空部分为不规则样品的形状，外部为圆柱状(也可以打印立方块状胶套在真三轴设备中使用)，使用3D打印机打印3D胶套，所用材料可以为光敏聚合物等；
(5)将样品装入3D打印胶套，如图1所示。
然后，对不规则样品渗透率进行计算，计算方法包括稳态法和脉冲衰减法两种:
(1)使用稳态法：
将套有3D打印胶套的样品装入稳态法测试设备后其与文献中稳态法测试实验流程一样，且不是本发明的内容，因此不再赘述，但是本发明中的计算公式有所不同。稳态法渗透率测试所用的计算公式是达西定律：
其中Q为流过样品的体积流量，k为样品的渗透率，A(x)为沿着样品流动方向位置x处的样品截面积，μ为流体粘度，p为流体压力。常规岩心渗透率测试中的样品是柱状，因此截面积A是常数，因此，当体积流量Q为常数时且样品两端压差P1-P2达到稳定时，公式(1)可以简化成公式(2)以直接计算渗透率，其中L是样品的长度。
由于在本发明中，样品截面积A是位置x的函数(图2)，同时考虑沿着样品内流体流动方向由于压力变化引起的流体密度变化，使用质量流量守恒，因此将公式(1)变形并积分得到如下公式：
其中k为样品的渗透率，L为样品在测试方向上的长度，x为沿测试方向样品中任意一点距起始点的距离，A(x)为样品在位置x处的垂直于流动方向的截面积，P2为出口端的流体压力，P1为进口端的流体压力，
为达到稳态时的质量流量，ρ为流体密度，μ为流体的粘度，p为流体的压力。
当使用的流体密度和粘度认为是常数的时候，上述公式(3)可以简化为：
(2)使用脉冲衰减法：
脉冲衰减法的实验方法为常规方法，不是本发明的内容，因此不再赘述。同上述稳态法一样，因为样品的截面积不是常数，因此文献中脉冲衰减法的解析解无法使用。同时由于不规则形状样品的截面积A(x)没有解析表达式，因此需要用数值方法联立解如下方程组以获得渗透率k(图3)：
其中Q为流过样品的体积流量，Qu是上游流体罐流出的流量，Qd是下游流体罐流入的流量，k为样品的渗透率，A(x)为沿着测试方向位置x处的样品截面积，μ为流体粘度，p为流体压力；Vu和Vd分别是上下游流体罐的体积，β为流体的压缩系数，pu和pd分别是上下游流体罐中流体的压力，t为时间。
实施例一
以稳态法测一不规则的页岩碎片状样品的渗透率为例。
1.样品的选取和制备
选取一块沿着层理方向断裂成薄片且厚度约为1厘米的页岩样品，使用线切割将样品沿着所需测试的流体流动方向及垂直于流体流动的方向将样品制备成长约为2厘米，宽约为1厘米的条状样品。流体流动方向为沿长度为2厘米的方向。
2.样品的扫描
将样品放置于激光扫描器中进行3D扫描，使用商业化的激光扫描设备并形成扫描后的3D模型文件；使用软件获得截面积的值，比如沿着拟测试的流体流动方向等距离获得100个截面积的值。
3.3D胶套的打印
使用光敏聚合物材料利用3D打印机制取一个外径2.5厘米，中空为样品形状的胶套。胶套打印成型后将样品仔细嵌入，然后在紫外灯光下硬化胶套使其具有一定的强度。
4.渗透率的测试
将上述的加了3D打印胶套的样品作为一个岩心样品安装到渗透率测试装置内，此时实验步骤与标准岩心样品的实验步骤一致。使用稳态法开展渗透率实验，记录体积流量以及上下游的压力，当其均达到稳定值时记录数据并终止实验。
5.渗透率的计算
先使用上述获得的100个截面积值，则x＝L/(100-1)，进行
的数值积分，然后通过
计算渗透率。在渗透率测试过程中，可以改变围压以及流体压力，获得样品在不同的围压及流体压力下的渗透率。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本发明中应用了具体个例对本发明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发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，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发明的限制。
Claims (4)
1.一种不规则样品渗透率测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)样品制备
使用激光扫描获得不规则形状页岩样品或无法取得岩心只有岩屑的岩性样品的三维立体图；紧接着使用图像处理软件获得沿着拟测试样品内流体流动方向的截面积A(x)随着位置x变化的数值；然后使用3D打印机打印外径为标准尺寸、内部为不规则页岩形状或无法取得岩心只有岩屑样品形状的中空的圆柱状的胶套，并将不规则形状页岩样品或无法取得岩心只有岩屑的岩性样品装入胶套内；
(2)采用稳态法或脉冲衰减法计算渗透率
1)当采用稳态法计算渗透率时，该方法包括使用稳态法公式如下：
其中k为样品的渗透率，L为样品在测试方向上的长度，x为沿测试方向样品中任意一点距起始点的距离，A(x)为样品在位置x处垂直于流动方向的截面积，P2为出口端的流体压力，P1为进口端的流体压力，
为达到稳态时的质量流量，ρ为流体密度，μ为流体的粘度，p为流体的压力；
当使用的流体密度和粘度为常数时，上述公式可简化为：
其中Q为稳态时的体积流量；
2)当采用脉冲衰减法计算渗透率时，该方法包括使用脉冲衰减法，脉冲衰减法需要用数值方法联立解如下方程组获得渗透率k：
其中Q为流过样品的体积流量，Qu是上游流体罐流出的流量，Qd是下游流体罐流入的流量，k为样品的渗透率，A(x)为沿着测试方向位置x处的样品截面积，μ为流体粘度，p为流体压力；Vu和Vd分别是上下游流体罐的体积，β为流体的压缩系数，pu和pd分别是上下游流体罐中流体的压力，t为时间；通过数值方法解析上述方程组求解获得渗透率k。
2.根据权利要求1所述的不规则样品渗透率测试方法，其特征在于：所述步骤(1)中，不规则形状页岩样品或无法取得岩心只有岩屑的岩性样品需要具有厘米尺度，以测试方向为基准，将样品的两端用线切割切平或用砂纸磨平。
3.根据权利要求1所述的不规则样品渗透率测试方法，其特征在于：所述步骤(1)中针对同一个样品可制备不同方向3D打印胶套以实现不同方向渗透率的测量。
4.根据权利要求1所述的不规则样品渗透率测试方法，其特征在于：所述3D打印机打印的材料是包括光敏聚合物在内的具有弹性的材料，也包括安装完样品后又硬化的材料。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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