CN117664831A - 一种同时测定致密岩石渗透率及孔隙度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同时测定致密岩石渗透率及孔隙度的方法，所属技术领域为油气工程领域，包括：测量致密岩心样品的尺寸数据，烘干所述样品，获得干燥岩心样品；将所述干燥岩心样品放入岩心夹持器并施加围压；对实验系统抽真空，对所述样品室及干燥岩心样品施加初始流体压力，记录岩心初始压力值；对空腔室进行增压，记录增压后空腔室初始压力及随时间变化数据；基于所述尺寸数据、所述初始压力值和所述压力随时间变化数据计算致密岩石渗透率和孔隙度。采用本申请可以同时测定致密岩石渗透率及孔隙度，且渗透率的测定过程所耗时间要少于传统脉冲衰减渗透率法，可同时测量孔隙度，所测得的结果准确度高，测量时间较短。
Description
技术领域
本发明属于油气工程领域，特别是涉及一种同时测定致密岩石渗透率及孔隙度的方法。
背景技术
渗透性是表征流体流动和储层生产的最重要参数之一。在石油、天然气和地下水等资源的勘探和开发过程中，对致密岩石的渗透率及孔隙度的测定是一项至关重要的工作。
致密岩石由于其低渗透性和非均质性，使得测定工作尤为困难。传统的渗透率及孔隙度测定方法通常只能单独测定一项，且对样品处理过程复杂，测试周期长，难以满足实时、快速、准确的测定需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种同时测定致密岩石渗透率及孔隙度的方法，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种同时测定致密岩石渗透率及孔隙度的方法，包括：
测量致密岩心样品的尺寸数据，烘干所述样品，获得干燥岩心样品；
将所述干燥岩心样品放入岩心夹持器并施加围压；
对实验系统抽真空，对所述样品室及干燥岩心样品施加初始流体压力，记录岩心初始压力值；
对空腔室进行增压，记录增压后空腔室初始压力及随时间变化数据；
基于所述尺寸数据、所述初始压力值和所述压力随时间变化数据计算致密岩石渗透率和孔隙度。
优选的，对所述干燥岩心样品中氦气的流动控制方程的表达式为：
；
其中，x是距离岩心左端面距离，t为时间，D为气体扩散系数，p为氦气压力。
优选的，所述气体扩散系数的表达式为：
；
其中，kg是岩心样品的渗透率，为岩心样品的孔隙度，μ为氦气的黏度，cg是氦气的压缩系数。
优选的，对所述空腔室（4）进行增压处理后其压力随时间变化的表达式为：
；
其中，L为岩心长度，P c 为空腔内氦气压力，P∞为实验结束系统平衡压力，P 0 为空腔内氦气初始压力，α为无量纲常数，表示空腔体积与岩心样品孔隙体积之比，λ 1 是如下方程第1个大于0的正根。
优选的，所述渗透率的表达式为：
；
其中，m 1 为Ln(pc-p ∞ )与时间关系曲线斜率，。
优选的，所述孔隙度的表达式为：
；
其中，为岩心样品孔隙体积，R为岩心直径。
优选的，所述岩心样品孔隙体积的表达式为：
；
其中，Vp为岩心样品孔隙体积，Vc为空腔室（4）体积，Z0为空腔初始压力下氦气压缩因子，Z1为岩心初始压力下氦气压缩因子，Z∞为实验结束平衡压力下氦气压缩因子。
优选的，所述氦气的压缩系数的表达式为：
；
其中，Z为氦气压缩因子，p为氦气压力。
本发明的技术效果为：
采用本申请可以同时测定致密岩石渗透率及孔隙度，且渗透率的测定过程所耗时间要少于传统脉冲衰减渗透率法，可同时测量孔隙度，所测得的结果准确度高，测量时间较短。
本申请的其他特征和优点将部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过说明书中所述方式来实现及获得。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例中的同时测定致密岩石渗透率及孔隙度的方法的测试装置示意图；
图2为本发明实施例中的测得的一组数据曲线图；
图3为本发明实施例中的记录得到的压力随时间变化取对数后的图像；其中，1、岩心夹持器；2、第一手摇泵；3、压力传感器；4、空腔室；5、真空泵；6、第一阀门；7、第二阀门；8、氦气瓶；9、第二手摇泵；10、第三阀门；11、第四阀门。
具体实施方式
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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例一
如图1所示，本实施例中提供一种同时测定致密岩石渗透率及孔隙度的方法，包括：
测量致密岩心样品的尺寸数据，烘干所述样品，获得干燥岩心样品；
将所述干燥岩心样品放入岩心夹持器1并施加围压；
对实验系统抽真空，对所述样品室及干燥岩心样品施加初始流体压力，记录岩心初始压力值；
对空腔室4进行增压，记录增压后空腔室4初始压力及随时间变化数据；
基于所述尺寸数据、所述初始压力值和所述压力随时间变化数据计算致密岩石渗透率和孔隙度。
进一步优化该方案，具体实施方式为：
（1）测量致密岩心样品直径与长度并将其进行烘干，将岩心样品装入岩心夹持器1并通过第二手摇泵9施加一定的围压，在恒温条件下开展实验使整个系统保持恒温，打开第一阀门6，通过真空泵5对岩心夹持器1及空腔室4进行抽真空处理；
（2）关闭第一阀门6，打开第二阀门7，将氦气充入空腔室4，通过第一手摇泵2控制整个系统的压力，饱和一定时间使氦气完全进入岩心孔隙，记录此时岩心初始压力P1；
（3）通过第一手摇泵2将空腔室4的压力增加至P0，然后关闭第二阀门7，使氦气从空腔室向岩心中流动；
（4）通过压力传感器3记录整个系统的压力随时间的变化关系，直至压力稳定至P2不再降低，数据如图3所示；
（5）根据实验过程中记录的数据以及公式计算岩心渗透率及孔隙度。
实验过程中，氦气从空腔室向岩心样品中流动的任意时刻状态都能用一个流动控制方程表示：
（1）；
式中，p为岩心内气体压力(kPa)，x是距离岩心左端面距离(cm)，t为时间(s)，D为气体扩散系数(cm2/s)，D可以表示为：
（2）；
式中，k g 是岩心样品的渗透率(cm2)，为岩心样品的孔隙度，μ为氦气的黏度(kPa·s)，c g 是氦气的压缩系数(1/kPa)。
压缩系数主要受温度的影响，由于实验过程中温度维持恒定，因此该实验压缩系数恒定：
（3）；
实验过程中氦气由岩心两端面向内部流动，由此可得到空腔内部压力(Pc)解析解为：
（4）；
式中，L为岩心长度(cm)，P c 为空腔内氦气压力(kPa)，P∞为实验结束系统平衡压力(kPa)，P 0 为空腔内氦气初始压力(kPa)，α为无量纲常数，表示岩心样品体积与空腔体积之比，λ n 是下面方程第n个大于0的正根：
（5）；
将式(4)简化后可得到方程后期解为：
（6）；
λ 1 是方程(5)第1个大于0的正根。
将式（6）取对数简化后方程为：
(7)；
方程(7)的斜率为：
(8)；
可以求得渗透率为：
(9)；
岩心样品孔隙体积(V p )使用以下方程计算：
(10)；
其中，Vp为岩心样品孔隙体积(cm3)，Vc为空腔室体积(cm3)，Z0为空腔初始压力下氦气压缩因子，Z1为岩心初始压力下氦气压缩因子，Z∞为实验结束平衡压力下氦气压缩因子。样品孔隙度可通过下式计算：
(11)；
其中，R为岩心直径(cm)。
在一种实施方式中，应将所述样品制备为直径2.5cm，长度适中的圆柱体样品，且所述实验气体应为氦气。
在一种实施方式中，所述样品在测量过程中，应保持环境温度恒定，以保持氦气的压缩系数保持恒定。
在一种实施方式中，所述步骤（1）至（5）中的所有操作应在恒定温度下开展。
实施例二
本实施例中提供一种同时测定致密岩石渗透率及孔隙度的方法，包括：
（1）首先干燥岩心样品，测量得岩心样品的直径为2.45cm，长度为3.35cm，测量后将样品装入样品室，通过第二手摇泵9向样品室施加12MPa的围压，然后对整个系统进行抽真空处理，使其维持在真空状态3小时以上确保整个系统真空；
（2）将氦气充入样品室及空腔室(Vc=9.868 cm3)，通过第一手摇泵2控制整个系统的压力，使岩心初始压力P1=8059.0kPa，使其维持在压力P1=8059.0kPa状态3小时以上确保氦气完全进入岩心孔隙；
（3）通过第一手摇泵2将空腔室的初始压力增加至P0=8599.0kPa，使氦气从空腔室向岩心中渗透；
（4）记录空腔室的压力变化数据，最终压力维持在P∞=8535.0kPa不再降低，停止记录；
（5）对实验测得的数据进行计算，计算过程如下：
1、首先计算孔隙度
；
其中氦气压缩因子分别为：Z0=1.0410；
Z1=1.0384；
Z∞=1.0407；
计算得到孔隙度=0.0838；
2、计算渗透率：
；
可以求得渗透率为：
；
线性拟合得到斜率m1=-0.000889；
氦气粘度μ=2.0038×10-8kPa·s；
氦气压缩系数Cg=0.0001156 kPa-1；
λ1=1.6518；
计算得到页岩渗透率为1.774×10-16cm2，即 1.774×10-5mD，如图3所示。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种同时测定致密岩石渗透率及孔隙度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
测量致密岩心样品的尺寸数据，烘干所述样品，获得干燥岩心样品；
将所述干燥岩心样品放入岩心夹持器（1）并施加围压；
对实验系统抽真空，对所述样品室及干燥岩心样品施加初始流体压力，记录岩心初始压力值；
对空腔室（4）进行增压，记录增压后空腔室（4）初始压力及随时间变化数据；
基于所述尺寸数据、所述初始压力值和所述压力随时间变化数据计算致密岩石渗透率和孔隙度。
2.根据权利要求1所述的一种同时测定致密岩石渗透率及孔隙度的方法，其特征在于，对所述干燥岩心样品中氦气的流动控制方程的表达式为：
；
其中，x是距离岩心左端面距离，t为时间，D为气体扩散系数，p为氦气压力。
3.根据权利要求2所述的同时测定致密岩石渗透率及孔隙度的方法，其特征在于，所述气体扩散系数的表达式为：
；
其中，kg是岩心样品的渗透率，为岩心样品的孔隙度，μ为氦气的黏度，cg是氦气的压缩系数。
4.根据权利要求1所述的同时测定致密岩石渗透率及孔隙度的方法，其特征在于，对所述空腔室（4）进行增压处理后其压力随时间变化的表达式为：
；
其中，L为岩心长度，P c 为空腔内氦气压力，P∞为实验结束系统平衡压力，P 0 为空腔内氦气初始压力，α为无量纲常数，表示空腔体积与岩心样品孔隙体积之比，λ 1 是如下方程第1个大于0的正根；
。
5.根据权利要求1所述的同时测定致密岩石渗透率及孔隙度的方法，其特征在于，所述渗透率的表达式为：
；
其中，m 1 为Ln(pc-p ∞ )与时间关系曲线斜率，。
6.根据权利要求5所述的同时测定致密岩石渗透率及孔隙度的方法，其特征在于，所述孔隙度的表达式为：
；
其中，为岩心样品孔隙体积，R为岩心直径。
7.根据权利要求6所述的同时测定致密岩石渗透率及孔隙度的方法，其特征在于，所述岩心样品孔隙体积的表达式为：
；
其中，Vp为岩心样品孔隙体积，Vc为空腔室（4）体积，Z0为空腔初始压力下氦气压缩因子，Z1为岩心初始压力下氦气压缩因子，Z∞为实验结束平衡压力下氦气压缩因子。
8.根据权利要求3所述的同时测定致密岩石渗透率及孔隙度的方法，其特征在于，所述氦气的压缩系数的表达式为：
；
其中，Z为氦气压缩因子，p为氦气压力。
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