CN115615892A - 致密岩心渗透率测量装置及测量方法 - Google Patents

致密岩心渗透率测量装置及测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115615892A
CN115615892A CN202110794607.1A CN202110794607A CN115615892A CN 115615892 A CN115615892 A CN 115615892A CN 202110794607 A CN202110794607 A CN 202110794607A CN 115615892 A CN115615892 A CN 115615892A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pressure
valve
core
permeability
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110794607.1A
Other languages
English (en)
Inventor
聂捷
张庆
刘子平
杨亚东
李彦超
李宜真
何封
叶铠睿
王本强
乔玲茜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China National Petroleum Corp
CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
Original Assignee
China National Petroleum Corp
CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China National Petroleum Corp, CNPC Chuanqing Drilling Engineering Co Ltd filed Critical China National Petroleum Corp
Priority to CN202110794607.1A priority Critical patent/CN115615892A/zh
Publication of CN115615892A publication Critical patent/CN115615892A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N15/0806—Details, e.g. sample holders, mounting samples for testing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
    • G01N15/082—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample
    • G01N15/0826—Investigating permeability by forcing a fluid through a sample and measuring fluid flow rate, i.e. permeation rate or pressure change

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)

Abstract

本发明公开了一种致密岩心渗透率测量装置及测量方法，测量装置由氦气气源、减压阀、第一阀门、中间容器、压力传感器、数据分析系统、岩心夹持器、环压泵、第二阀门、第三阀门和真空泵构成；氦气气源经减压阀、第一阀门与中间容器连接，中间容器分别与压力传感器和岩心夹持器连接，压力传感器与数据分析系统连接，压力传感器用于记录中间容器压力变化，并将信号传输至数据分析系统，环压泵连接到岩心夹持器的环空，岩心夹持器通过管线分别连接第二阀门和第三阀门，真空泵与第三阀门连接。利用本发明提出的测量方法可以快速求解出消除气体滑脱效应的等价液体渗透率；测量装置对传感器精度要求低，且测量精度高。

Description

致密岩心渗透率测量装置及测量方法
技术领域
本发明属于石油工程领域，具体地，涉及一种致密岩心渗透率测量装置和渗透率计算方法。
背景技术
自二十一世纪以来，以致密油气、页岩油气为代表的非常规能源引发了一场重大石油科技革命。而渗透率是表征岩石这种多孔介质允许流体通过的能力的关键物理参数，随着非常规油气成为石油领域关注的焦点，准确测定致密岩石渗透率成为致密油藏勘探开发必备的基础工作。
致密岩心由于其极低的渗透率，液体在其中流动非常缓慢，导致测量时间长，精度低。相比之下气体具有粘度低的优点，在致密岩心中也能保证一定的渗流速度，从而提高可操作性，所以目前致密岩心渗透率以气测为主，具体有稳态法、压力脉冲法等。
稳态法是应用最早也是最基本的岩心渗透率测定方法，其测量过程是在岩心上下游施加一稳定的压力差，测量气体流量，根据达西公式计算得到岩心的渗透率。稳态法缺点是需要较长的时间达到稳定，又需要较长的时间测量气体流量，测量效率低下。同时由于气体滑脱效应存在，测得的渗透率只能认为是该压力下的气体渗透率，和实际液体渗透相差很大。若想得到等价液体渗透率需要测量多个压力下的气体渗透率，使用相关经验公式进行回归，进一步降低测量效率。
压力脉冲法是目前普遍使用的一种渗透率测量方法，并得到广泛认可，例如，公开号CN107167413B9公开的一种致密岩心视渗透率测试装置及测试方法。其测量过程是将岩心在一定压力下进行饱和，然后在下游降低一很小的压力△P，在上下游之间形成压力脉冲。通过压差传感器记录上下游压力差随时间的变化，并最终求得岩心渗透率。压力脉冲法克服了稳态法测量效率低的问题，压力脉冲法测得的渗透率经过修正亦可代表液体渗透率。但是由于压力脉冲法需要上下游压力差控制非常小，从而需要高精度压差传感器，极大提高装置成本。另外压力脉冲法对上下游体积敏感，在测量时易产生较大测量误差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种致密岩心渗透率测量装置及测量方法。利用本发明提出的测量方法可以快速求解出消除气体滑脱效应的等价液体渗透率；测量装置对传感器精度要求低，且测量精度高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种致密岩心渗透率测量装置，其特征在于：由氦气气源、减压阀、第一阀门、中间容器、压力传感器、数据分析系统、岩心夹持器、环压泵、第二阀门、第三阀门和真空泵构成；氦气气源经减压阀、第一阀门与中间容器连接，中间容器分别与压力传感器和岩心夹持器连接，压力传感器与数据分析系统连接，压力传感器用于记录中间容器压力变化，并将信号传输至数据分析系统，环压泵连接到岩心夹持器的环空，岩心夹持器通过管线分别连接第二阀门和第三阀门，真空泵与第三阀门连接。
所述测量装置设置于恒温箱内，恒温箱温度为25℃-35℃。
所述岩心夹持器中的待测岩心为两端面平整的圆柱体。
所述中间容器体积为55-65mL。
所述待测岩心的直径为2-3cm。
一种致密岩心渗透率测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)、装填待测岩心，通过环压泵给岩心提供围压，关闭第一阀门、第二阀门，打开第三阀门，对测量装置进行抽真空；
(2)、抽真空完毕后，关闭第三阀门，打开第一阀门，调节减压阀，为测量装置充入1MPa压力；
(3)、打开第二阀门，至充入气体流动稳定，关闭第一阀门，同时由压力传感器采集中间容器压力随时间变化数据；
(4)、待上游压力降至0.1MPa以下，结束实验；数据分析系统对测得的压力时间数据点进行拟合，得到测试岩心的等价液体渗透率。
所述步骤(3)中，测量过程中岩心夹持器下游接通大气。
所述步骤(4)中，根据测量的压力随时间变化的数据点拟合下述函数中的k和b，得到的k即为消除了气体滑脱效应的等价液体渗透率：
Figure RE-GDA0003417026640000021
其中：
Figure RE-GDA0003417026640000022
式中，k为消除了气体滑脱效应的等价液体渗透率，μm2；
b为滑脱因子；
P为实验点压力，0.1MPa；
Pa为大气压，0.1MPa；
t为实验时间，s；
A为岩心渗流截面积，cm2；
μ为气体粘度，mPa·s
L为岩心长度，cm；
V为中间容器及上游管线体积，cm3。
所述步骤(4)的具体过程为：
根据气体状态方程，将上游中间容器内压力为P的气体转化成标准大气压Pa下气体体积：
Figure RE-GDA0003417026640000031
气体流量等于上游中间容器内气体体积对时间的导数：
Figure RE-GDA0003417026640000032
在上游中间容器最高压力为1MPa，
Figure RE-GDA0003417026640000033
在整个过程中近似认为是1，因此气体流量简为：
Figure RE-GDA0003417026640000034
气体渗透率与流量、上下游压差关系：
Figure RE-GDA0003417026640000035
(3)式代入(4)式：
Figure RE-GDA0003417026640000036
等价液体渗透率表示为：
Figure RE-GDA0003417026640000037
将(6)式代入(5)式，可得
Figure RE-GDA0003417026640000038
令：
Figure RE-GDA0003417026640000039
代入上式化简得：
Figure RE-GDA00034170266400000310
直接使用测量数据对上述微分方程进行非线性拟合，得到参数k和b，k即为消除了气体滑脱效应的等价液体渗透率。
所述步骤(1)中，施加围压为高于孔隙压力2MPa以上。
采用本发明的优点在于：
1、本发明结构简单，成本低，传统压力脉冲法需要一个高精度压差传感器或两个压力传感器，本装置只需要一个压力传感器，易于搭建和维护。
2、本发明可操作性高。压力脉冲法测渗透率需要严格控制装置上下游体积比，本发明只需控制上游体积，操作简单。
3、本发明的计算过程消除了气体滑脱效应的影响，得到的渗透率直接为等价液体渗透率，可用作实际渗流研究。
4、本发明测量效率高。本发明中设计的上下游最高压差为1MPa，高压差可保证短时间内采集到足够数量的有效实验数据，传统压力脉冲法上下游压差小，测量时间长。
5、本发明可同时测得滑脱因子。滑脱因子用于表征气体性质和岩石孔隙结构对于气体流动的滑脱程度，并可以用于气测渗透率与液测渗透率之间的转换。
6、本发明提出的渗透率计算方法使用非线性拟合，基于更少的假设，拟合程度高，结果准确可靠。
附图说明
图1为本发明测量装置示意图；
图2为岩样1的实验数据点和拟合曲线；
图3为岩样2的实验数据点和拟合曲线；
图中标记为：1、氦气气源，2、减压阀，3、第一阀门，4、中间容器，5、压力传感器，6、数据分析系统，7、岩心夹持器，8、环压泵，9、第二阀门，10、第三阀门， 11、真空泵。
具体实施方式
实施例1
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明涉及一种改进的测定致密岩心渗透率装置，装置包括：氦气气源1，减压阀2，第一阀门3，中间容器4，压力传感器5，数据分析系统6，岩心夹持器7，环压泵8，第二阀门9，第三阀门10，真空泵11。
下面对各组成部分及其连接关系进行具体说明：
氦气气源1经减压阀2、第一阀门3与中间容器4相连，氦气气源1为高纯氦气，用于测试过程中提供性质稳定的流体，减压阀2可以将氦气气源压力降至所需压力并保持压力稳定。
中间容器4与岩心夹持器7相连。中间容器4可以在测试过程中为岩心夹持器的受测岩心提供气体压力，中间容器4体积为55-65mL，优选58mL，可适当调整大小以适应不同的渗透率测量范围；岩心夹持器7为三轴夹持器，只允许气体通过岩心端面并沿岩心轴向流动。待测岩心的直径为2-3cm。
压力传感器5与中间容器4相连，用于记录中间容器4亦即岩心上游的压力变化，将压力信号转化为电信号，并将信号传输至数据分析系统。
数据分析系统6通过对实验测量的压力随时间变化的数据点进行非线性拟合，计算得到测试岩心的渗透率；数据分析系统6可形成特定的软件，方便使用。
环压泵8与岩心夹持器7的环空相连，用于从岩心的四周对其提供围压Pc。
所述测量装置设置于恒温箱内，恒温箱温度为25℃-35℃。
基于上述装置的设计，本发明提出了一种测定致密岩心渗透率的方法，包括如下步骤：
(1)装填待测岩心，将标准岩心放入岩心夹持器7，通过环压泵8施加围压，施加围压为高于孔隙压力2MPa以上，关闭第一阀门3、第二阀门9，打开第三阀门10，打开真空泵11对装置进行抽真空；
(2)抽真空完毕后，关闭第三阀门10，打开第一阀门3，调节减压阀2，为测量装置充入1MPa压力；
(3)打开第二阀门9，至流动稳定，关闭第一阀门3，同时由压力传感器5采集中间容器4压力随时间变化数据；
(4)待中间容器4压力降至0.1MPa以下，结束实验；数据分析系统6利用本发明提出的新的致密岩心渗透率计算方法对测得的压力时间数据点进行拟合，得到测试岩心的渗透率。
进一步的，步骤(4)中，对测量的压力随时间变化的数据点拟合下边函数中的k 和b，得到的k即为消除了气体滑脱效应的等价液体渗透率：
Figure RE-GDA0003417026640000051
其中：
Figure RE-GDA0003417026640000052
式中，k为消除了气体滑脱效应的等价液体渗透率，μm2；
b为滑脱因子；
P为实验点压力，0.1MPa；
Pa为大气压，0.1MPa；
t为实验时间，s；
A为岩心渗流截面积，cm2；
μ为气体粘度，mPa·s
L为岩心长度，cm；
V为中间容器体积，cm3。
下面对本测试方法的理论建立过程进行详细说明：
本发明所述渗透率计算方法建立在气体达西公式和Klinkenberg效应的基础上。
根据气体状态方程，可以将上游中间容器内压力为P的气体转化成标准大气压Pa下气体体积：
Figure RE-GDA0003417026640000053
气体流量等于上游中间容器内气体(化为标况)体积对时间的导数：
Figure RE-GDA0003417026640000061
在本发明实施过程中上游最高压力为1MPa，
Figure RE-GDA0003417026640000062
在整个过程中可近似认为是1，因此气体流量可化简为：
Figure RE-GDA0003417026640000063
气体渗透率与流量、上下游压差关系：
Figure RE-GDA0003417026640000064
(3)式代入(4)式：
Figure RE-GDA0003417026640000065
根据Klinkenberg效应的描述，由于滑脱的影响，用气体测得的岩石渗透率总比用液体测得要高，同一岩石，同一种气体，在不同的平均压力下测得渗透率不同，但气体测得渗透率和平均压力的直线关系交纵坐标轴于一点，该点的气测渗透率与液测渗透率 k(k为一常数)是等价的，称为等价液体渗透率，可表示为：
Figure RE-GDA0003417026640000066
将(6)式代入(5)式，可得
Figure RE-GDA0003417026640000067
令：
Figure RE-GDA0003417026640000068
代入上式化简可得：
Figure RE-GDA0003417026640000069
直接使用实验数据对上述微分方程进行非线性拟合，得到参数k和b，k即为消除了气体滑脱效应的等价液体渗透率。
实施例2
将长4.86cm，直径2.50cm，液测渗透率3.98mD的岩样1放入岩心夹持器，恒温箱温度设为30℃，围压8MPa。首先将装置抽真空，然后充入1MPa氦气，待流动稳定后，开始记录实验数据。实验结束后使用基于所述原理编写的程序对实验数据进行拟合，最终得到等价液体渗透率k＝3.89mD，相关系数之平方R2＝0.999668，拟合结果如图2所示。和液体渗透率相比，相对误差2.3％。
实施例3
将长4.91cm，直径2.48cm，液测渗透率0.246mD的岩样2放入岩心夹持器，恒温箱温度设为30℃，围压8MPa。首先将装置抽真空，然后充入1MPa氦气，待流动稳定后，开始记录实验数据。实验结束后使用基于所述原理编写的程序对实验数据进行拟合，最终得到等价液体渗透率k＝0.255mD，相关系数之平方R2＝0.999925，拟合结果如图2 所示。和液体渗透率相比，相对误差3.7％。

Claims (10)

1.一种致密岩心渗透率测量装置，其特征在于：由氦气气源(1)、减压阀(2)、第一阀门(3)、中间容器(4)、压力传感器(5)、数据分析系统(6)、岩心夹持器(7)、环压泵(8)、第二阀门(9)、第三阀门(10)和真空泵(11)构成；氦气气源(1)经减压阀(2)、第一阀门(3)与中间容器(4)连接，中间容器(4)分别与压力传感器(5)和岩心夹持器(7)连接，压力传感器(5)与数据分析系统(6)连接，压力传感器(5)用于记录中间容器(4)压力变化，并将信号传输至数据分析系统(6)，环压泵(8)连接到岩心夹持器(7)的环空，岩心夹持器(7)通过管线分别连接第二阀门(9)和第三阀门(10)，真空泵(11)与第三阀门(10)连接。
2.根据权利要求1所述的致密岩心渗透率测量装置，其特征在于：所述测量装置设置于恒温箱内，恒温箱温度为25℃-35℃。
3.根据权利要求2所述的致密岩心渗透率测量装置，其特征在于：所述岩心夹持器(7)中的待测岩心为两端面平整的圆柱体。
4.根据权利要求3所述的致密岩心渗透率测量装置，其特征在于：所述中间容器(4)体积为55-65mL。
5.根据权利要求4所述的致密岩心渗透率测量装置，其特征在于：所述待测岩心的直径为2-3cm。
6.根据权利要求1所述的致密岩心渗透率测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)、装填待测岩心，施加围压，关闭第一阀门、第二阀门，打开第三阀门，对测量装置进行抽真空；
(2)、抽真空完毕后，关闭第三阀门，打开第一阀门，调节减压阀，为测量装置充入1MPa压力；
(3)、打开第二阀门，至充入气体流动稳定，关闭第一阀门，同时由压力传感器采集中间容器压力随时间变化数据；
(4)、待压力降至0左右，结束实验；数据分析系统对测得的压力时间数据点进行拟合，得到测试岩心的等价液体渗透率。
7.根据权利要求6所述的致密岩心渗透率测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤(3)中，测量过程中岩心夹持器下游接通大气。
8.根据权利要求7所述的致密岩心渗透率测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤(4)中，根据测量的压力随时间变化的数据点拟合下述函数中的k和b，得到的k即为消除了气体滑脱效应的等价液体渗透率：
Figure RE-FDA0003417026630000021
其中：
Figure RE-FDA0003417026630000022
式中，k为消除了气体滑脱效应的等价液体渗透率，μm2；
b为滑脱因子；
P为实验点压力，0.1MPa；
Pa为大气压，0.1MPa；
t为实验时间，s；
A为岩心渗流截面积，cm2；
μ为气体粘度，mPa·s
L为岩心长度，cm；
V为中间容器及上游管线体积，cm3。
9.根据权利要求8所述的致密岩心渗透率测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤(4)的具体过程为：
根据气体状态方程，将上游中间容器内压力为P的气体转化成标准大气压Pa下气体体积：
Figure RE-FDA0003417026630000023
气体流量等于上游中间容器内气体体积对时间的导数：
Figure RE-FDA0003417026630000024
在上游中间容器最高压力为1MPa，
Figure RE-FDA0003417026630000025
在整个过程中近似认为是1，因此气体流量简为：
Figure RE-FDA0003417026630000026
气体渗透率与流量、上下游压差关系：
Figure RE-FDA0003417026630000027
(3)式代入(4)式：
Figure RE-FDA0003417026630000031
等价液体渗透率表示为：
Figure RE-FDA0003417026630000032
将(6)式代入(5)式，可得
Figure RE-FDA0003417026630000033
令：
Figure RE-FDA0003417026630000034
代入上式化简得：
Figure RE-FDA0003417026630000035
直接使用测量数据对上述微分方程进行非线性拟合，得到参数k和b，k即为消除了气体滑脱效应的等价液体渗透率。
10.根据权利要求9所述的致密岩心渗透率测量装置的测量方法，其特征在于：所述步骤(1)中，施加围压为高于孔隙压力2MPa以上。
CN202110794607.1A 2021-07-14 2021-07-14 致密岩心渗透率测量装置及测量方法 Pending CN115615892A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110794607.1A CN115615892A (zh) 2021-07-14 2021-07-14 致密岩心渗透率测量装置及测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110794607.1A CN115615892A (zh) 2021-07-14 2021-07-14 致密岩心渗透率测量装置及测量方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115615892A true CN115615892A (zh) 2023-01-17

Family

ID=84856121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110794607.1A Pending CN115615892A (zh) 2021-07-14 2021-07-14 致密岩心渗透率测量装置及测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115615892A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117664831A (zh) * 2024-02-01 2024-03-08 中国矿业大学 一种同时测定致密岩石渗透率及孔隙度的方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117664831A (zh) * 2024-02-01 2024-03-08 中国矿业大学 一种同时测定致密岩石渗透率及孔隙度的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103257089B (zh) 压力脉冲测量装置测量基质和裂缝渗透率的方法
CN105910971B (zh) 富有机质致密岩心气体渗透率和扩散系数的联测方法
CN201532351U (zh) 一种利用变容积压力脉冲法测试岩石气体渗透系数的装置
CN109443867B (zh) 一种对致密岩石的物性参数进行连续检测的方法
WO2017128479A1 (zh) 岩石全自动气体渗透率测试系统及测算方法
CN104237099B (zh) 测定致密岩心径向渗透率的装置及方法
CN104849194B (zh) 基于数字图像的三轴渗流应力温度蠕变耦合实验装置
CN101968423B (zh) 低渗透储层启动压力测试方法
CN101408493B (zh) 材料吸附量-变形-渗透系数测量的方法及装置
CN109001243B (zh) 一种采用低场核磁共振评价煤的动态水锁效应的方法与装置
CN103528934A (zh) 一种测量超低渗岩石渗透率应力敏感性的互相关技术
CN111272635A (zh) 一种三轴条件下岩石孔隙度渗透率联合测试装置及测试方法
CN108119132B (zh) 致密砂岩气藏近井带径向渗流含水饱和度模拟装置及方法
LU101541B1 (en) Gas-liquid two-phase saturated coal rock sample experimental device and saturation test method
CN104374683A (zh) 一种岩心孔隙压缩系数测试装置及其测试方法
CN112285201B (zh) 一种低渗凝析气储层注气反蒸发凝析油饱和度测试方法
CN102147348A (zh) 一种测量气体在煤中渗透的测量装置及测量方法
CN112505085B (zh) 基于核磁共振的孔隙度有效应力系数测定方法
CN110501272A (zh) 三轴应力和孔隙压力条件下同时测试多孔岩石孔隙率和渗透率的方法
CN212364011U (zh) 一种三轴条件下岩石孔隙度渗透率联合测试装置
CN115615892A (zh) 致密岩心渗透率测量装置及测量方法
CN109085104B (zh) 一种致密气藏的气体相对渗透率的确定方法
CN109813645A (zh) 一种低渗岩矿岩心柱塞的径向渗透率测量系统及方法
CN102507406A (zh) 一种测量岩心渗透率的方法及测量装置
CN103674800B (zh) 一种低渗透岩样渗透率的测量装置及其测量方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination