CN210051673U - Grt-1型全自动储层岩石渗透率测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及岩芯分析技术领域，一种GRT‑1型全自动储层岩石渗透率测量装置，包括岩芯夹持器，高压气源，流量计量装置，压差传感器，岩芯夹持器两端接有用于测量压差的压差传感器，岩芯夹持器一端通过管线接有高压气源，岩芯夹持器背离高压气源的一端接有流量计量装置，流量计量装置由多组并列排布且一一对应的多级流量控制阀及多级流量计组成，多组多级流量计由多个不同的数量级流量计组成。本实用新型克服了传统稳态法不能测定低渗特低渗岩心渗透率、压力降落法无法测量高渗透率、压力脉冲衰减法测试精度较低的缺点，采用多级压力和多级流量的自动转换、采集，可实现很宽范围的稳态法渗透率测定，具有显著的优点，投入使用经济和社会效益显著。

Description

GRT-1型全自动储层岩石渗透率测量装置

技术领域

本发明涉及岩芯分析技术领域，具体是指GRT-1型全自动储层岩石渗透率测量装置。

背景技术

油藏岩石和流体的物性参数是油气田开发和油藏工程研究的重要基础数据，是油气储量计算、储层评价、储层分类与对比，开发方案编制和动态分析的重要依据。碳酸盐岩储层受成岩作用影响较大，内部孔、洞、缝发育程度差异显著，储层岩心渗透率分布极不均匀。随着非常规油气资源的不断发现，尤其是页岩油气和致密砂岩油气作为非常规油气类型的重要补充与接替，具有重要的战略地位。页岩储层与致密砂岩储层岩石组构(矿物组成与纹层结构)、孔隙结构非均质性极强，导致页岩与致密砂岩储层渗透率分布范围较广。大型水力压裂技术已成为页岩油气和致密砂岩油气成功开采与增产的主要措施，nD～mD的储层均有可能成为页岩油气和致密砂岩油气勘探开发的“甜点”。因此，采用同一设备准确测量不同数量级的岩石渗透率显得尤其重要，既要解放人工劳动力，又要节省成本，为提高油气储层评价与油田动态开发评价效率提供技术保障。

随着世界能源消费的不断攀升，常规资源不断开采，开发难度系数逐年增大，包括页岩气、致密砂岩气等非常规天然气能源越来越受到重视，开发技术也随之迅速发展，降低成本高效开发已成为油气勘探开发的必然趋势，使渗透率准确测量至关重要。

经典的渗透率测定均是基于达西定律。电子技术、计算机技术的高速发展和数学计算精度的提高，压力脉冲衰减法和压力降落法测定气体渗透率也得到广泛应用。但压力脉冲衰减法和压力降落法测定渗透率设备昂贵，对实验环境温度要求高。对于低渗特低渗样品，压力降落法很困难，当渗透率小于0.001mD时，皂沫流量计采用原始的手工秒表计量法，这种计量方法人为误差大，分析人员的工作强度也较大，甚至很多样品无法得到实验结果；实验表明，当渗透率大于0.01mD时压力降落法比较好用。同样，压力脉冲衰减法对于低渗特低渗样品，在样品两端很难建立压力平衡，而且温度变化对压力平衡有很大影响。此外，当渗透率很高时，气体瞬间即可贯穿样品也无法实现脉冲。另外，压力降落法和脉冲衰减法数学模型复杂，计算很困难。为了保证编制油气田开发方案和计算储量、研究储层性质、进行油层对比，分析油田动态评价的正确性和可靠性，减少人工操作误差、降低测试工作劳动强度和测试分析成本、提高计算效率，需要发明一种全自动快速测量不同数量级岩石渗透率的新装置。

发明内容

基于以上问题，本发明提供了GRT-1型全自动储层岩石渗透率测量装置。本发明目的是针对常规储层和非常规储层岩石渗透率非均质性强，渗透率大小数量级跨度大，全自动微计量难，管线复杂，操作繁琐等缺点，提供一种全自动快速测量不同数量级岩石渗透率的新装置。

本发明的第一目的在于提供一种快速测量不同数量级储层岩石渗透率的测量装置。

本发明的另一目的在于提供一种不同数量级储层岩石渗透率测量方法。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种快速测量不同数量级储层岩石渗透率的测量装置，包括岩芯夹持器，高压气源，流量计量装置，压差传感器，岩芯夹持器两端接有用于测量压差的压差传感器，岩芯夹持器一端通过管线接有高压气源，岩芯夹持器背离高压气源的一端接有流量计量装置，流量计量装置由多组并列排布且一一对应的多级流量控制阀及多级流量计组成，多组多级流量计由多个不同的数量级流量计组成。

作为一种优选的方式，还包括围压气源，岩芯夹持器中部与围压气源通过管线连接，岩芯夹持器与围压气源连接的管线上设有用于围压气源开启关闭的围压气源阻断阀，围压气源阻断阀与岩芯夹持器间的管线上接有围压压力计。

作为一种优选的方式，岩芯夹持器与气源连接的管线上设置有用于控制岩芯夹持器气源进入的岩心夹持器入口阀及用于气源隔断的测量气源阻断阀，岩芯夹持器与流量计量装置连接的管线上设置有用于控制岩芯夹持器气源通过的岩芯夹持器出口阀。

作为一种优选的方式，岩芯夹持器与气源连接的管线接有入口压力计及控制入口压力计测量的入口压力测量控制阀，岩芯夹持器与流量计量装置连接的管线上接有出口压力计及控制出口压力计测量的出口压力测量控制阀。

作为一种优选的方式，岩芯夹持器与流量计量装置连接的管线上设置有放空阀。

作为一种优选的方式，计量装置及阀门与集成控制系统连接。

一种不同数量级储层岩石渗透率测量方法，包括以下步骤：

S01：测量岩样长度(L)及岩样截面积(A)，并将测量后的岩样放入岩芯夹持器；

S02：打开高压气源与岩芯夹持器连通的阀门，打开岩芯夹持器与流量计量装置连通的阀门，让高压气源通过岩样；

S03：打开流量计量装置对应量程的多级流量控制阀，让对应量程的多级流量计对通过岩样的气源进行计量，待流量稳定后记录气体流量(q_g)，同时记录岩芯夹持器两端压差(P1)。

S04：根据上述步骤测量的数据按照达文西公式计算测试岩芯气体渗透率(Kg)。

作为一种优选的方式，计算测试岩芯气体渗透率(K_g)的达文西公式为：

作为一种优选的方式，计算测试岩芯气体渗透率(K_g)的达文西公式中的测定温度下的气体粘度μ_g的计算公式为：

μ_g＝((0.168+0.00004T)×10000+1.23688(P+2P_a)/2+0.105452((P+2P_a)/2)²。

-0.0015052((P+2P_a)/2)³-0.1247)/10000

作为一种优选的方式，S02步骤包括：

S201：关闭所有阀门，通过旁通给岩心夹持器施加一个围压压力，待围压压力稳定后关闭旁通阀门保持岩心夹持器围压压力；

S202：打开高压气源与岩芯夹持器连通的阀门，打开岩芯夹持器与流量计量装置连通的阀门，让高压气源通过岩样。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明克服了传统稳态法不能测定低渗特低渗岩心渗透率、测定时间十分漫长、效率低下，柱塞脉冲衰减法对实验仪器和样品制备要求严格、环境要求高、设备昂贵、渗透率太高也无法建立平衡，岩屑脉冲衰减法由于样品不能加压测试精度相对较低的缺点，同时采用多级压力和多级流量的自动转换、采集，可实现很宽范围的稳态法渗透率测定，具有显著的优点，投入使用经济和社会效益显著；

(2)本发明采用流量分级化采集，大大提高了实验结果的精度，同时可测量0.00001～1000mD范围的岩石渗透率，大大增加了仪器的测量范围。

(3)本发明采用围压并通过旁通测量岩芯夹持器压力，可快速确定流体在样品中是否流动稳定，大大节约测试时间，提高了测试效率；

(4)本发明采用集成控制系统进行监测，大大解放了人工劳动力，简化了原有装置的复杂性，同时通过集成系统采集的数据波动(临近数据采集值之差小于极限值)情况，自动判断岩芯通过流量是否稳定，减小测量过程等待流量稳定的时间，同时能够保证第一时间完成渗透率的测量；

(5)本发明推导气体粘度μ_g计算公式，相对于传统查表得出气体粘度μ_g再计算岩芯渗透率，缩短了岩芯渗透率测量计算过程。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，1高压气源，2测量气源阻断阀，3岩心夹持器入口阀，4岩芯夹持器，5岩芯夹持器出口阀，6围压气源，7围压气源阻断阀，8压差传感器，9围压放空阀，10放空阀，11围压压力计，12入口压力计，13出口压力计，14多级流量控制阀，15多级流量计，16集成控制系统，17出口压力测量控制阀，18入口压力测量控制阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例1：

一种快速测量不同数量级储层岩石渗透率的测量装置，包括岩芯夹持器4，高压气源1，流量计量装置，压差传感器8。其中岩芯夹持器4为现有技术，为岩芯夹持进行实验提供密封过道，高压气源1为渗透率测量提供气源，气源可以为空气或氮气，也可以为其他常规实验或非常规实验气体如氧气、氢气、硫化氢等，为了便于气源的获取及试验成本的控制，本实施例采用氮气。压差传感器8为计量岩芯夹持器4两端压力差的计量装置。上述岩芯夹持器4、高压气源1、压差传感器8为常规稳态法测渗透率共有的装置。

压差传感器8接在岩芯夹持器4的两端用于测量压差，岩芯夹持器4一端通过管线接有高压气源1用于提供测试用气，岩芯夹持器4背离高压气源1的一端接有流量计量装置，流量计量装置由多组并列排布且一一对应的多级流量控制阀14及多级流量计15组成，多组多级流量计15由多个不同的数量级流量计组成，多组多级流量计15量程一般有四个，量程级别分别为10级，100级，1000级，10000级，由于量程范围的扩大，在渗透率低时选择量程小的流量计，在渗透率大时选用量程大的流量计，因此扩大了渗透率的测量范围，测量范围可达0.00001～1000mD，相对于压力降落法、压力脉冲衰减法测量岩芯渗透率0.001mD的测量量程，大大增加了仪器针对不同岩芯渗透率测量的范围。

进一步的，将岩芯夹持器4内部在测量前保证一定的围压压力，使测量过程快速稳定的完成，因此还包括围压气源6，岩芯夹持器4中部与围压气源6通过管线连接。为了方便对围压气源6的控制，岩芯夹持器4与围压气源6连接的管线上设有用于围压气源6开启关闭的围压气源阻断阀7。为了方便判断测量过程岩芯夹持器4流体通过测试样品是否稳定，围压气源阻断阀7与岩芯夹持器4间的管线上接有围压压力计11。

进一步的，为了保证在对岩芯夹持器4通入围压时其密封性，岩芯夹持器4与气源连接的管线上设置有用于控制岩芯夹持器4气源进入的岩心夹持器入口阀3，岩芯夹持器4与流量计量装置连接的管线上设置有用于控制岩芯夹持器4气源通过的岩芯夹持器出口阀5。为了方便对气源供气断气进行控制，岩芯夹持器4与气源连接的管线上设置有用于气源隔断的测量气源阻断阀2。

进一步的，为了精准测量岩芯夹持器4两端的压差，岩芯夹持器4与气源连接的管线接有入口压力计12及控制入口压力计12测量的入口压力测量控制阀18，岩芯夹持器4与流量计量装置连接的管线上接有出口压力计13及控制出口压力计13测量的出口压力测量控制阀17。通过压差传感器8测量岩芯夹持器4两端的压差后，再通过入口压力计12、出口压力计13再次测量岩芯夹持器4两端的压差，提高对岩芯夹持器4两端压差的测量精度。

进一步的，为了便于对完成实验后进行系统排空，岩芯夹持器4与流量计量装置连接的管线上设置有放空阀10，还在围压管线上设置有围压放空阀910。为了便于对系统进行监测，解放人工劳动力，计量装置及阀门与集成控制系统16连接，通过集成系统采集计量装置数据及各阀门的开启，实现自动化测量，同时通过集成系统采集的数据波动(临近数据采集值之差小于极限值)情况，自动判断岩芯通过流量是否稳定，减小测量过程等待流量稳定的时间，同时能够保证第一时间完成渗透率的测量。计量装置、阀门控制与集成系统实现自动化控制均已在化工中具有较为广泛的应用，属现有技术，此处不再详细赘述。

实施例2：

一种不同数量级储层岩石渗透率测量方法，包括以下步骤：

S01：测量岩样长度(L)及岩样截面积(A)，并将测量后的岩样放入岩芯夹持器；

S02：打开高压气源与岩芯夹持器连通的阀门，打开岩芯夹持器与流量计量装置连通的阀门，让高压气源通过岩样；

S03：打开流量计量装置对应量程的多级流量控制阀，让对应量程的多级流量计对通过岩样的气源进行计量，待流量稳定后记录气体流量(q_g)，同时记录岩芯夹持器两端压差(P1)。

S04：根据上述步骤测量的数据按照达文西公式计算测试岩芯气体渗透率(Kg)。

S01步骤中，测量岩样长度(L)及岩样截面积(A)可采用游标卡尺测量计算，也可采用排空法用体积除以岩样长度(L)或岩样截面积(A)得出。

S02步骤中，打开高压气源与岩芯夹持器连通的阀门，打开岩芯夹持器与流量计量装置连通的阀门，可以为多个阀门，也可以为单个阀门，参见图1，本实施例打开高压气源与岩芯夹持器连通的阀门为测量气源阻断阀、岩心夹持器入口阀，本实施例打开岩芯夹持器与流量计量装置连通的阀门为岩芯夹持器出口阀、出口压力流量测量控制阀。

S03步骤中，打开流量计量装置对应量程的多级流量控制阀为多个多级流量计对应的阀门，多组多级流量计量程一般有四个，量程级别分别为10级，100级，1000级，10000级，参见图1，在本实施例中打开的阀门为量程级别分别为10级，100级，1000级，10000级中的一个。

S04步骤中计算测试岩芯气体渗透率(K_g)的达文西公式为：

其中：

K_g——气体渗透率mD；

q_g——气体流量，mL/s；

μ_g——在测定温度下的气体粘度，mPa.s；

L——岩样长度，cm；

A——岩样截面积，cm²；

P₁——岩样进口压力，MPa；

P₂——岩样出口压力，MPa；

P_a——大气压力，MPa。

为了减少人为查表得出测试气源气体粘度μ_g所花费的时间，通过测试压力、大气压力、温度直接计算测试气源气体粘度μ_g，计算测试岩芯气体渗透率(K_g)的达文西公式中的测定温度下的气体粘度μ_g的计算公式为：

μ_g＝((0.168+0.00004T)×10000+1.23688(P+2P_a)/2+0.105452((P+2P_a)/2)²

-0.0015052((P+2P_a)/2)³-0.1247)/10000

其中：

T——测试环境温度，℃；

P_a——测试压力，MPa；

P——大气压力，MPa。

进一步的，将岩芯夹持器内部在测量前保证一定的围压压力，使测量过程快速稳定的，S02步骤包括：

S201：关闭所有阀门，通过旁通给岩心夹持器施加一个围压压力，待围压压力稳定后关闭旁通阀门保持岩心夹持器围压压力；

S202：打开高压气源与岩芯夹持器连通的阀门，打开岩芯夹持器与流量计量装置连通的阀门，让高压气源通过岩样。

本发明克服了传统稳态法不能测定低渗特低渗岩心渗透率、测定时间十分漫长、效率低下，柱塞脉冲衰减法对实验仪器和样品制备要求严格、环境要求高、设备昂贵、渗透率太高也无法建立平衡，岩屑脉冲衰减法由于样品不能加压测试精度相对较低的缺点，同时采用多级压力和多级流量的自动转换、采集，可实现很宽范围的稳态法渗透率测定，具有显著的优点，投入使用经济和社会效益显著。

如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.GRT-1型全自动储层岩石渗透率测量装置，包括岩芯夹持器（4），高压气源（1），流量计量装置，压差传感器（8），所述岩芯夹持器（4）两端接有用于测量压差的压差传感器（8），所述岩芯夹持器（4）一端通过管线接有高压气源（1），所述岩芯夹持器（4）背离高压气源（1）的一端接有流量计量装置，其特征在于：所述流量计量装置由多组并列排布且一一对应的多级流量控制阀（14）及多级流量计（15）组成，多组所述多级流量计（15）由多个不同的数量级流量计组成。

2.根据权利要求1所述的GRT-1型全自动储层岩石渗透率测量装置，其特征在于：还包括围压气源（6），所述岩芯夹持器（4）中部与围压气源（6）通过管线连接，岩芯夹持器（4）与围压气源（6）连接的所述管线上设有用于围压气源（6）开启关闭的围压气源阻断阀（7），所述围压气源阻断阀（7）与岩芯夹持器（4）间的管线上接有围压压力计（11）。

3.根据权利要求1所述的GRT-1型全自动储层岩石渗透率测量装置，其特征在于：所述岩芯夹持器（4）与气源连接的管线上设置有用于控制岩芯夹持器（4）气源进入的岩心夹持器入口阀（3）及用于气源隔断的测量气源阻断阀（2），所述岩芯夹持器（4）与流量计量装置连接的管线上设置有用于控制岩芯夹持器（4）气源通过的岩芯夹持器出口阀（5）。

4.根据权利要求1所述的GRT-1型全自动储层岩石渗透率测量装置，其特征在于：所述岩芯夹持器（4）与气源连接的管线接有入口压力计（12）及控制入口压力计（12）测量的入口压力测量控制阀（18），所述岩芯夹持器（4）与流量计量装置连接的管线上接有出口压力计（13）及控制出口压力计（13）测量的出口压力测量控制阀（17）。

5.根据权利要求1所述的GRT-1型全自动储层岩石渗透率测量装置，其特征在于：所述岩芯夹持器（4）与流量计量装置连接的管线上设置有放空阀（10）。

6.根据权利要求1所述的GRT-1型全自动储层岩石渗透率测量装置，其特征在于：所述计量装置及阀门与集成控制系统（16）连接。

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