CN117074253A - 一种页岩油储层毛细压力和饱和度评价实验装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种页岩油储层毛细压力和饱和度评价实验装置和方法，主要包括活塞泵、双活塞泵、压力容器、真空泵、真空表、恒温控温箱、数据采集和收集装置，选用非润湿相的挥发油和作为润湿相的原油测量页岩的孔隙系统，利用封闭期间岩石周围大量液体内压力的瞬时降落来估计页岩岩石内液体侵入体积；利用总压降、页岩样品的孔隙度，体积和质量来测量含油饱和度，通过环境压力以及相应的饱和度数据建立了拟毛细管压力曲线，用于页岩的储层评价、储量计算等方面，这对指导高效地开发页岩油藏具有重要的理论和现实意义。本发明为页岩毛管压力和饱和度的测量提供新的实验系统和测试技术，在页岩孔隙结构、储层性能和束缚水饱和度等方面也具有应用价值。
Description
技术领域
本发明属于油气领域，具体涉及一种页岩油储层毛细压力和饱和度评价实验装置和方法。
背景技术
随着世界经济对油气资源需求的增加，非常规页岩油资源的开发利用广泛受到关注，已逐渐成为常规油气资源的战略性补充。但是由于非常规油气储层极其致密，非常规油气资源的一次采收率仍然很低，开发这些资源仍然是一个挑战。为了提高这些非常规资源的产量和最终采收率，开展实验室规模的研究至关重要，然而，在进行任何实验室规模的采油实验之前，必须确定这些样品中的液体饱和度和毛细压力，经典的岩芯驱油技术用于页岩中效率十分低下，对于常规岩心，毛细压力曲线的测量通常采用压汞法、多孔板法或离心法，而对于页岩岩心毛细压力的测量也没有较好的方法。目前，准确测量页岩油储层毛细压力和饱和度的研究非常匮乏，研究建立一种测量油水饱和度微小增量的新方法十分必要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种页岩油储层毛细压力和饱和度评价实验装置和方法，装置包括活塞泵、双活塞泵、压力容器、真空泵、真空表、恒温控温箱、数据采集和收集装置，选用非润湿相的挥发油和作为润湿相的原油测量页岩的孔隙系统，利用封闭期间岩石周围大量液体内压力的瞬时降落来估计页岩岩石内液体侵入体积；利用总压降、页岩样品的孔隙度，体积和质量来测量含油饱和度，通过环境压力以及相应的饱和度数据建立了拟毛细管压力曲线，用于页岩的储层评价、储量计算等方面，这对指导高效地开发页岩油藏具有重要的理论和现实意义。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种页岩油储层毛细压力和饱和度评价实验装置，包括活塞泵、双活塞泵、第一压力容器、真空泵、真空表、恒温控温箱、数据采集装置、数据收集站、第二压力容器；双活塞泵的两个入口端分别与气源和水源相连，出口端连接电压互感器泵，并接入数据收集站，收集压力信息；电压互感器泵的另一端与活塞泵的入口相连，活塞泵中用活塞隔绝油和水；活塞泵的出口端与第一压力容器、第二压力容器的入口相连，连接线路中有保险丝和阀门保护，并且在线路中还设有双脉冲测试器件，用于收集压力数据；第一压力容器、第二压力容器的出口端分别连接真空泵和真空表，用于抽真空和检测压力；所有的电压互感器泵在双脉冲测试期间都接入数据采集装置，并由数据采集装置将数据传入数据收集站，用于显示、记录和收集数据。
本发明还提供一种页岩油储层毛细压力和饱和度评价实验装置的实验方法，包括如下步骤：
步骤1、进行样品制备：首先，将页岩样品按不同目数粉碎成不同粒径范围的颗粒；其次，粉碎后的颗粒储存在玻璃罐中，称重后置于真空烘箱中120℃下48小时，以从孔隙中去除所有的游离水和烃；然后，抽真空、干燥后，待样品冷却后重新称重；用干燥前后的重量进行计算液体蒸发的百分比、水分含量和粉碎颗粒的体积密度；
步骤2、进行实验及测量：页岩样品最初在120℃的烘箱中烘干，然后抽真空以去除孔隙中的所有空气；然后再将样品暴露在压力为P0的饱和液体中；随后，将环境压力瞬间上升到更高的压力P1，发生压力衰减和石油侵入，直到达到平衡压力Pe1；当压力为P1的液体侵入页岩并达到平衡压力Pe1时，液体压力升高到更高的初始压力P2,即P2>P1；液体侵入完在后，达到另一个平衡压力Pe2；在多个压力下重复步骤2；已知初始压力下液体的可压缩性、初始液体体积和给定时间间隔内的总压降，计算出侵入页岩的液体体积；最后，通过页岩样品的孔隙度、侵入页岩的液体体积和质量，计算出指定压力下的含油饱和度，将指定压力与对应的含油饱和度绘制成压力饱和度曲线，即毛细管压力曲线。
有益效果：
本发明为页岩毛管压力和饱和度的测量提供新的实验系统和测试技术，在页岩孔隙结构、储层性能和束缚水饱和度等方面也具有十分广泛的应用价值。
附图说明
图1为本发明的一种页岩油储层毛细压力和饱和度评价实验装置的结构图；
图2为测试过程中压降示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明的一种页岩油储层毛细压力和饱和度评价实验装置主要包活塞泵1、双活塞泵2、第一压力容器3、真空泵4、真空表5、恒温控温箱、数据采集装置7、数据收集站8、第二压力容器9。所述活塞泵1、双活塞泵2，用于注入液体；所述第一压力容器3、第二压力容器9用于放置实验样本，并提供实验所需压力条件；所述真空泵4、真空表5用于提供真空环境和测量压力；所述数据采集装置7和数据收集站8用于采集和收集实验数据，控制试验系统；所述恒温控温箱用于控制和建立本实验所需的恒温条件。
双活塞泵2的两个入口端分别与气源和水源相连，出口端连接电压互感器泵10，并接入数据收集站8，收集压力信息；电压互感器泵10的另一端与活塞泵1的入口相连，活塞泵1中用活塞隔绝油和水；活塞泵1的出口端与第一压力容器3、第二压力容器9的入口相连，连接线路中有保险丝和阀门保护，并且在线路中还有双脉冲测试器件6，用于收集压力数据；第一压力容器3、第二压力容器9的出口端分别连接真空泵4和真空表5，用于抽真空和检测压力；所有的电压互感器泵在双脉冲测试期间都接入数据采集装置7，并由数据采集装置7将数据传入数据收集站8，用于显示、记录和收集数据。所述恒温控温箱用于控制和建立本实验所需的恒温条件。
本发明还提供一种页岩油储层毛细压力和饱和度评价实验方法，具体包括如下步骤：
步骤1、进行样品制备：首先，将页岩样品按不同目数(+10～20目、+5～10目、+2～5目)粉碎成不同粒径范围的颗粒。其次，粉碎后的颗粒储存在玻璃罐中，称重后置于真空烘箱中120℃下48小时，以从孔隙中去除所有的游离水和烃。然后，抽真空、干燥后，待样品冷却后重新称重。用干燥前后的重量进行计算液体蒸发的百分比、水分含量和粉碎颗粒的体积密度。
步骤2、进行实验及测量：页岩样品最初在120℃的烘箱中烘干，然后抽真空以去除孔隙中的所有空气。然后再将样品暴露在压力为P0的饱和液体中。随后，将环境压力瞬间上升到更高的压力P1，由于压差作用，液体侵入多孔页岩，容器内压力P1随时间而衰减。开始的时候，压力衰减和石油侵入以较快的速度进行，但是随着时间的推移而缓慢下降，直到达到平衡压力Pe1，此时压力衰减在很长一段时间内变得很小，并且石油侵入的速度可以忽略不计。当压力为P1的液体侵入页岩并达到平衡压力Pe1时(由于环境压力P1>P0，因此环境中的液体会向页岩中流动，当页岩孔隙压力与环境压力相等时，这时液体流动停止，此时的压力为平衡压力Pe1)，液体压力可以升高到更高的初始压力P2,即(P2>P1)。液体侵入完在后，达到另一个平衡压力Pe2。
如图2所示。在达到先前的平衡压力后，初始压力立即增加，然后等待一段时间直到达到新的平衡压力，可以在几个压力下重复这个过程，如P3、P4等。其中，te1为达到第一个平衡压力的时间，te2为达到第二个平衡压力的时间，以此类推。
已知初始压力下液体的可压缩性、初始液体体积Vo和给定时间间隔内的总压降，就可以计算出侵入页岩的液体体积。
液体的压缩系数co定义为：
其中，dV是液体体积变化量，dP为容器内液体压降。
因此，液体的流速如下式所示：
体积增量ΔV可通过下式计算得出：
其中，to为初始时刻，tf为之后的某一时刻，ΔV为这两个时刻间液体体积的变化量。
积分后，可得：
其中，P()是压降曲线的函数，是关于时间t的函数。
最后，通过页岩样品的孔隙度、体积和质量，可以计算出指定压力下的含油饱和度，将指定压力与对应的含油饱和度绘制成压力饱和度曲线，即毛细管压力曲线。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种页岩油储层毛细压力和饱和度评价实验装置，其特征在于，包括活塞泵、双活塞泵、第一压力容器、真空泵、真空表、恒温控温箱、数据采集装置、数据收集站、第二压力容器；双活塞泵的两个入口端分别与气源和水源相连，出口端连接电压互感器泵，并接入数据收集站，收集压力信息；电压互感器泵的另一端与活塞泵的入口相连，活塞泵中用活塞隔绝油和水；活塞泵的出口端与第一压力容器、第二压力容器的入口相连，连接线路中有保险丝和阀门保护，并且在线路中还设有双脉冲测试器件，用于收集压力数据；第一压力容器、第二压力容器的出口端分别连接真空泵和真空表，用于抽真空和检测压力；所有的电压互感器泵在双脉冲测试期间都接入数据采集装置，并由数据采集装置将数据传入数据收集站，用于显示、记录和收集数据。
2.根据权利要求1所述的一种页岩油储层毛细压力和饱和度评价实验装置，其特征在于，所述活塞泵、双活塞泵，用于注入液体；所述第一压力容器、第二压力容器用于放置实验样本，并提供实验所需压力条件；所述真空泵、真空表用于提供真空环境和测量压力；所述数据采集装置和数据收集站用于采集和收集实验数据，控制试验系统；所述恒温控温箱用于控制和建立所需的恒温条件。
3.根据权利要求1或2所述的一种页岩油储层毛细压力和饱和度评价实验装置的实验方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、进行样品制备：首先，将页岩样品按不同目数粉碎成不同粒径范围的颗粒；其次，粉碎后的颗粒储存在玻璃罐中，称重后置于真空烘箱中120℃下48小时，以从孔隙中去除所有的游离水和烃；然后，抽真空、干燥后，待样品冷却后重新称重；用干燥前后的重量进行计算液体蒸发的百分比、水分含量和粉碎颗粒的体积密度；
步骤2、进行实验及测量：页岩样品最初在120℃的烘箱中烘干，然后抽真空以去除孔隙中的所有空气；然后再将样品暴露在压力为P0的饱和液体中；随后，将环境压力瞬间上升到更高的压力P1，发生压力衰减和石油侵入，直到达到平衡压力Pe1；当压力为P1的液体侵入页岩并达到平衡压力Pe1时，液体压力升高到更高的初始压力P2,即P2>P1；液体侵入完在后，达到另一个平衡压力Pe2；在多个压力下重复步骤2；已知初始压力下液体的可压缩性、初始液体体积和给定时间间隔内的总压降，计算出侵入页岩的液体体积；最后，通过页岩样品的孔隙度、侵入页岩的液体体积和质量，计算出指定压力下的含油饱和度，将指定压力与对应的含油饱和度绘制成压力饱和度曲线，即毛细管压力曲线。
4.根据权利要求3的实验方法，其特征在于，所述步骤1中，不同粒径范围包括+10～20目、+5～10目、+2～5目。
5.根据权利要求3的实验方法，其特征在于，所述步骤2中，侵入页岩的液体体积的计算包括：
液体的压缩系数co定义为：
其中，Vo是初始液体体积，dV是液体体积变化量，dP为容器内液体压降；
液体的流速如下式所示：
体积增量ΔV通过下式计算得出：
其中，to为初始时刻，tf为之后的某一时刻，ΔV为这两个时刻间液体体积的变化量；
积分后得到：
其中，P()是压降曲线的函数，是关于时间t的函数。
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