CN210834567U

CN210834567U - 一种页岩混合润湿性实验测试装置

Info

Publication number: CN210834567U
Application number: CN201921463621.8U
Authority: CN
Inventors: 郭建春; 陶亮; 陈迟; 赵志红; 李鸣; 唐鹏程
Original assignee: Southwest Petroleum University
Current assignee: Southwest Petroleum University
Priority date: 2019-09-04
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2020-06-23
Anticipated expiration: 2029-09-04

Abstract

本实用新型公开了一种页岩混合润湿性实验测试装置，实验测试装置包括恒速恒压泵，恒速恒压泵出口阀，中间容器，中间容器出口阀，真空泵，真空泵入口阀，反应釜，加热器，反应釜出口阀，岩心，岩心夹持器，圆柱形垫块，围压泵，出口阀，其中加热器用于给实验测试装置加热，围压泵通过岩心夹持器向岩心施加地层围压，恒速恒压泵、恒速恒压泵出口阀、中间容器、中间容器出口阀依次连接至反应釜，真空泵、真空泵入口阀依次连接至反应釜，恒速恒压泵向反应釜中泵入带压流体。本实用新型能够测试页岩混合润湿性，采用本实用新型的测试装置能够定量表征页岩亲水指数、亲油指数和混合润湿性指数。

Description

一种页岩混合润湿性实验测试装置

技术领域

本实用新型涉及石油天然气工程领域，尤其是页岩储层开发过程中一种页岩混合润湿性实验测试装置。

背景技术

页岩气革命不仅加速了美国能源独立，而且将能源革命的浪潮推向了全球，紧跟美国页岩气开发的步伐，中国对页岩气勘探开发技术进行持续攻关研究，取得了突破性进展，在能源规划“十二五”期间，先后建立长宁、威远、昭通、涪陵等国家级示范区，拉开了中国页岩气大规模开发的序幕。通过将上万方的水基压裂液注入页岩地层，实现水平井多段多簇大规模体积改造，形成复杂裂缝网络是有效动用页岩油气的关键技术。区别于常规砂岩，由于在地质特征和压裂工艺等方面的差异，使得压裂液与页岩储层相互作用更为突出和深远。体积压后页岩表现出截然不同于常规储层的返排特征：压裂液返排率低、产气量与返排率呈负相关关系、焖井后产水量降低而产气量增加等 (张涛,李相方,杨立峰.关井时机对页岩气井返排率和产能的影响 [J].天然气工业,2017,37(8):48-58)。而润湿性是影响流体在页岩孔道中的微观分布状态和流体与岩石之间相互作用的关键因素，因此利用室内实验方法准确并定量化表征页岩润湿性特征，对理清压裂液在页岩储层渗吸规律、解释页岩气井压裂后特殊的返排特征、客观评价页岩储层渗吸能力等有重要作用。

研究表明，页岩储层富含有机质和粘土矿物，其表面呈复杂的混合润湿性特征，即页岩既亲水又亲油。页岩的微观孔隙结构和矿物成分、地层围压、地层温度等对流体在页岩中的润湿性有重要影响，但目前实验研究并未同时考虑这些因素，大多聚焦于常温常压下页岩表面润湿性研究。目前润湿性测试方法主要以实验为主，具体内容如下：

(1)刘向君等(刘向君,熊健,梁利喜.川南地区龙马溪组页岩润湿性分析及影响讨论[J].天然气地球科学,2014,25(10):1645-1652) 采用光学接触角测量仪对川南地区龙马溪组井下与露头岩心在常温与加温条件下去离子水、白油、柴油在其表面的接触角，研究表明页岩与去离子水接触角为10.7°～38.7°，白油与柴油可完全铺展，页岩表面既亲水又亲油，表现为混合润湿性特征，而且接触角随温度增加而降低。该方法没有考虑地层温度和围压的影响，同时只是对页岩表面润湿性进行测试，而没有对页岩孔隙吼道混合润湿性进行定量表征。

(2)Su等(Su等.基于核磁共振的页岩润湿性研究及影响因素分析[J].石油科学与工程，2018,169,309-316.)利用核磁共振技术对页岩润湿性进行定性测量，并分析影响页岩润湿性控制因素，研究表明有机质存在是页岩有机质矿物是页岩成油湿的根本原因，有机质与粘土矿物形成的孔隙使得页岩成混合润湿性特征，水湿的页岩样品中无机矿物碳酸岩盐含量更高。该方法同样没有考虑地层温度和围压的影响，同时对页岩混合润湿性并未定量表征。

由于现有技术中都没有综合考虑地层温度与围压等因素对流体在页岩孔隙吼道中润湿性影响，目前还无法同时考虑这些因素并定性与定量化表征，因此有必要研发页岩储层在真实地层条件下混合润湿性的实验测试装置，为分析流体在页岩储层分布与运移规律提供依据。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种页岩混合润湿性实验测试装置。

一种页岩混合润湿性实验测试装置，实验测试装置包括恒速恒压泵，恒速恒压泵出口阀，中间容器，中间容器出口阀，真空泵，真空泵入口阀，反应釜，加热器，反应釜出口阀，岩心，岩心夹持器，圆柱形垫块，围压泵，出口阀，其中加热器用于给实验测试装置加热，围压泵通过岩心夹持器向岩心施加地层围压，恒速恒压泵、恒速恒压泵出口阀、中间容器、中间容器出口阀依次连接至反应釜，真空泵、真空泵入口阀依次连接至反应釜，恒速恒压泵向反应釜中泵入带压流体。

进一步地，反应釜中泵入流体为去离子水或油。

进一步地，实验测试装置还包括圆柱形垫块，圆柱形垫块与岩心接触面设有导流槽，实验测试时岩心一个端面与反应釜内流体接触，另一端面与圆柱形垫块接触。

进一步地，圆柱形垫块中心处有供流体流动的孔眼，流体可经该孔眼流到岩心夹持器出口阀。

进一步地，实验测试装置还包括真空泵、真空泵入口阀，真空泵、真空泵入口阀依次连接至反应釜。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型设计了一种同时考虑地层温度、围压影响的页岩混合润湿性实验测试装置，实验测试装置操作简单，利用本实用新型中的试验测试装置相比以往润湿性测试装置更为准确，为页岩混合润湿性测试与评价提供了新思路。

附图说明

图1为本实用新型页岩混合润湿性实验测试装置示意图。

图2为本实用新型页岩岩心不同状态下的核磁共振T₂图谱曲线。

其中，1、恒速恒压泵；2、恒速恒压泵出口阀；3、中间容器；4、中间容器出口阀；5、真空泵；6、真空泵入口阀；7、反应釜；8、加热器；9、反应釜出口阀；10、岩心；11、岩心夹持器；12、圆柱形垫块；13、围压泵；14、岩心夹持器出口阀。

具体实施方式

结合附图和本实用新型具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本实用新型的细节。但是，在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。

一种页岩混合润湿性实验测试装置由恒速恒压泵1，包括恒速恒压泵出口阀2，中间容器3，中间容器出口阀4，真空泵5，真空泵入口阀6，反应釜7，加热器8，反应釜出口阀9，岩心10，岩心夹持器11，圆柱形垫块12，围压泵13，出口阀14。

其中，加热器8用于给实验测试装置加热，以模拟地层温度。

围压泵13通过岩心夹持器11向岩心10施加地层围压，以模拟井下岩石所受到的地层围压。

恒速恒压泵1、恒速恒压泵出口阀2、中间容器3、中间容器出口阀4反应釜7构成实验测试装置的混合润湿性测试系统。其中恒速恒压泵1、恒速恒压泵出口阀2、中间容器3、中间容器出口阀4依次连接至反应釜5，真空泵5、真空泵入口阀6依次连接至反应釜5。恒速恒压泵1向反应釜6中泵入流体，其中泵入的流体根据实验需要分别为去离子水或者油，以测试岩心的不同润湿性。

实验测试时，岩心10放置在岩心夹持器11中，一个端面与实验液体接触，另一端面接触圆柱形垫块12，圆柱形垫块12与岩心10 接触面设有导流槽，圆柱形垫块12中心处有供流体流动的孔眼，流体可经该孔眼流到岩心夹持器出口阀14。

使用上述实验装置进行页岩混合润湿性测试时，依次包括以下步骤：

(1)岩心制备：将页岩储层段的井下岩心或同层位露头岩石制成岩心，将岩心放置烘箱内干燥至恒重；制备岩心时，可将其制备成直径为2.5cm，长度为5cm的标准岩心，将标准岩心放置100℃烘箱内干燥至恒重。

(2)利用低场核磁共振仪器测试步骤(1)干燥后的页岩岩心 T₂图谱曲线，获得原样品的核磁共振信号面积S；

(3)根据地层应力和温度确定实验加载条件，其具体确定方法为：由表达式是(1)～(4)确定实验加载围压，地层温度即为实验温度；

σ'_z＝σ_z-αP_p (1)

σ'_H＝σ_H-αP_p (2)

σ'_h＝σ_h-αP_p (3)

σ_围＝(σ'_z+σ'_H+σ'_h)/3 (4)

式中：σ_z'为垂向有效应力，MPa；σ'_H为最大水平有效主应力，MPa；σ'_h为最小水平有效主应力，MPa；σ_z为垂向应力，MPa；σ_H为最大水平主应力，MPa；σ_h为最小水平主应力，MPa；α为有效应力系数，小数；σ_围为实验围压，MPa；P_P为地层孔隙压力，MPa。

(4)将实验液体倒入恒速恒压泵的中间容器中，将步骤(2)中所述测试后的岩心装入岩心夹持器中，并利用围压泵给岩心加载初始围压5MPa；

(5)利用加热器将岩心及岩心夹持器加热至步骤(3)中确定的实验温度，并根据步骤(3)中确定的围压设置围压泵的加载压力；

(6)用真空泵排空管线及反应釜中的空气，排空完成后关闭真空泵入口阀并利用恒速恒压泵将中间容器中的实验液体泵入反应釜中；

(7)将岩心端面与反应釜中液体饱和48h后卸载围压泵压力和关掉加热器，并冷却2h后取出岩心测试T₂图谱曲线，获得岩心核磁共振亲水信号面积S_ws，

(8)将步骤(7)测试后岩心用MnCl₂溶液在常温常压下烧杯中饱和24h；

(9)将步骤(8)饱和后岩心重复步骤(4)-(7)，其中实验液体为油，测试岩心饱和48h后的T₂图谱曲线，获得岩心核磁共振亲油信号面积S_os；

(10)根据步骤(2)、(7)、(9)测试原样品的核磁共振信号面积、饱和水后的岩心核磁共振亲水信号面积、饱和油后的岩心核磁共振亲油信号面积，分别定义亲水指数、亲油指数、混合润湿性指数来定量的表征页岩亲水能力、亲油能力、混合润湿性能力，表达式如下：

亲水指数：

WI_w＝(S_ws-S)/(S_ws+S_os-2S) (5)

亲油指数：

WI_o＝(S_os-S)/(S_ws+S_os-2S) (6)

混合润湿性指数：

WI_wo＝WI_w-WI_o (7)

式中：WI_w为亲水指数，无因次；WI_o为亲油指数，无因次；WI_wo为混合润湿指数，无因次；S为原样品核磁共振信号面积，无因次；S_ws为饱和水后的岩心核磁共振亲水信号面积，无因次；S_os为饱和油后的岩心核磁共振亲油信号面积，无因次。

(11)根据步骤(10)计算的页岩混合润湿性指数，对页岩混合润湿性进行综合评价，当混合润湿指数WI_wo＝1，页岩为强亲水性；当混合润湿指数WI_wo＝-1，页岩为强亲油性；当混合润湿指数WI_wo＝0，页岩为中性润湿。当WI_wo＞0时，页岩整体表现为亲水，其值越大，表明岩心亲水性越强；当WI_wo＜0，页岩整体表现为亲油，其值越小，表明岩心亲油性越强。

以上通过实施例对本实用新型进行具体描述，有必要在此指出的是，本实施例仅是本实用新型的优选实施例，并非对本实用新型作任何限制，也并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除。而本领域人员所进行的改动和简单变化不脱离本实用新型技术思想和范围，则均属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种页岩混合润湿性实验测试装置，其特征在于，实验测试装置包括恒速恒压泵，恒速恒压泵出口阀，中间容器，中间容器出口阀，真空泵，真空泵入口阀，反应釜，加热器，反应釜出口阀，岩心，岩心夹持器，圆柱形垫块，围压泵，出口阀，其中加热器用于给实验测试装置加热，围压泵通过岩心夹持器向岩心施加地层围压，恒速恒压泵、恒速恒压泵出口阀、中间容器、中间容器出口阀依次连接至反应釜，真空泵、真空泵入口阀依次连接至反应釜，恒速恒压泵向反应釜中泵入带压流体。

2.根据权利要求1所述的一种页岩混合润湿性实验测试装置，其特征在于，反应釜中泵入流体为去离子水或油。

3.根据权利要求1所述的一种页岩混合润湿性实验测试装置，其特征在于，实验测试装置还包括圆柱形垫块，圆柱形垫块与岩心接触面设有导流槽，实验测试时岩心一个端面与反应釜内流体接触，另一端面与圆柱形垫块接触。

4.根据权利要求1所述的一种页岩混合润湿性实验测试装置，其特征在于，圆柱形垫块中心处有供流体流动的孔眼，流体可经该孔眼流到岩心夹持器出口阀。