一种页岩气在微裂缝中渗流规律的测定试验装置和方法_2

文档序号:8278897阅读:来源:国知局
沫流量计(14)的气体流量数据绘成渗透曲线,将各条曲线进行对比从而得到气体在不同裂缝中渗流规律,从而选择合适的开裂程度对岩芯进行压裂。
【附图说明】
[0017]图1是本发明试验装置的结构示意图;
[0018]图2是本发明试验提供的页岩气在不同裂缝中渗透率曲线与完好岩芯中渗透率曲线的对比图;
[0019]图中,I进气口压力调压阀;2气体过滤器;3气体干燥器;4三轴岩芯夹持器(由内外两部分组成,内部是用于加持岩芯的内腔,外部为围压环境,两部分之间用硬橡胶完全隔离);5轴向压力泵(连接到岩芯两端);6围压泵(连接到岩芯夹持器的围压环境);7回压泵;8气源;9活塞容器罐(连接注入泵和气源,用于控制气体恒压或者恒速流动);10注入泵(连接到活塞容器罐);11应变片检测仪(连接到岩芯两端);12声波检测仪(连接到岩芯两端);13回压阀;14皂沫流量计。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明做进一步描述:
[0021]如图1所示,一种页岩气在微裂缝中渗流规律的测定试验装置包括渗流系统、压裂系统、数据采集处理系统和三轴岩芯夹持器。
[0022]三轴岩芯夹持器4由夹持器模型围成的内腔和夹持器模型外部的外腔两部分组成,夹持器模型为橡胶套的形式,内腔中具有岩芯,外腔为围压腔。夹持器模型具有进气口和出气口。
[0023]压裂系统包括轴向压力泵5、轴向压力机以及围压泵6。其中轴向压力泵5连通轴向压力机,其将气体泵入到轴向压力机,使轴向压力机的活塞杆作用到岩芯,通过活塞杆的轴向压力使岩芯压裂。围压泵6将液体,比如水,泵入到围压腔,对围压腔施加压力,保持围压压力比夹持器模型的进气口的压力大IMPa。并随着夹持器模型的进气口压力变化调节围压压力。
[0024]数据采集处理系统包括应变片检测仪11、声波检测仪12和皂沫流量计14,应变片检测11的应力片设置在岩芯的外壁上,声波检测仪12包括金属堵头和声波探头,其中金属堵头采用凹式结构,设置在岩芯的上下两端,将声波探头装入安装在凹式结构中,既能承受高压又配合紧密不影响声波的检测,同时采用激光打孔,把金属堵头凹式结构的内表面加工出环形槽,保证气体从声波探头周围进入岩芯,通过声波检测仪和应变片检测仪对轴向压力泵压裂过程中的页岩岩芯进行实时监测,确定岩芯的压裂程度即受损程度;皂沫流量计14用于测量经回压阀13流入皂沫流量计14的所述岩芯渗流通过的气体流量。
[0025]渗流系统包括气源8、活塞容器罐9、注入泵10、进气口压力调压阀1、气体过滤器2、气体干燥器3、回压泵7和回压阀13,气源8中的气体在注入泵10的作用下通过活塞容器罐9、气体过滤器2以及气体干燥器3进入夹持器模型的进气口,并且进入岩芯,活塞容器罐9连接注入泵10和气源8,用于控制气体恒压或者恒速流动,进气口压力调压阀I可以调节进气口的气体压力,通过岩芯渗流过出来的气体通过夹持器模型的出气口,经回压阀13流入皂沫流量计14并且测量出所述岩芯渗流通过的气体流量。回压泵7与回压阀13连接,回压阀13设置在岩芯夹持器模型的出气口和皂液流量计14之间,回压泵7将液体,比如水,泵入到回压阀13的胶垫腔中,通过胶垫作用到通过回压阀13的气体上,通过回压泵7与回压阀13的作用以保持夹持器模型出气口处的回压与围压的压力数值相一致。
[0026]进气口压力(指的是三轴岩芯夹持器进气口处的气体压力)的第一个数值一般是0.2MPa,第一次围压加1.2MPa左右;提高进气口压力,不改变出气口压力(指的是三轴岩芯夹持器出气口处的气体压力)。选择固定的压力梯度变化,前后两次测量进气口压力差为0.1MPa0保持围压比进气口压力大IMPa。
[0027]使用该试验装置测量页岩气在微裂缝中渗透规律的方法如下:
[0028]第一步:打开三轴岩芯夹持器4,将岩芯装入三轴岩芯夹持器4的夹持器模型中,封闭三轴岩芯夹持器4,打开注入泵10使活塞容器罐9达到2Mpa,并且将围压升至3MPa,气源8中的气体在注入泵10的作用下通过活塞容器罐9、气体过滤器2以及气体干燥器3进入夹持器模型的进气口,并且进入岩芯,并且流出夹持器模型的出气口进入皂液流量计14,检验整个试验装置的气密性;
[0029]第二步:先测定没有人工压裂裂缝情况下的岩芯渗透能力,调节进口气体压力达到0.2Mpa,用皂沫流量计14测量当前压力下单位时间内的气体流量;然后按照0.1MPa的压力梯度增加夹持器模型的进气口压力值,并随着进气口压力变化调节围压压力和回压压力,使用围压泵6增加围压腔的围压压力,将围压压力控制在比夹持器模型的进气口压力高出IMPa,同时使回压泵7与回压阀13连通以保持夹持器模型出气口处的回压压力与围压压力的数值相一致;每次进气口压力增加0.1MPa,都需要等待气体稳定渗流,等待时间为半个小时,直到进气口压力值不再变化,再通过皂沫流量计14记录当前压力状态下单位时间内的气体流量;记录10组皂沫流量计14的气体流量数据以用于后面压力一流量曲线的绘制;然后撤去回压,再撤去围压,最后慢慢降低进气口压力直到OMPa ;
[0030]第三步:打开声波检测仪12和应变片检测仪11,以用于监测岩芯内裂缝变化?’每一个裂缝开裂时都会因为振动产生声波,声波是有能量的,声波检测仪12将从声波探头监测到的这些声波能量信号统计下来,然后把每一个时间步长内发生的声波能量信号累计表达,形成一个实时统计表格(即累积曲线),表示单位时间步长内能检测到的声波数量,其横坐标表示时间,纵坐标表示声波数量,当某一段时间内声波能量累计量(声波数量)突然增大,说明比较大的裂缝正在生成,说明岩芯已经裂开。可以采用阈值来判别声波信号中的有效信号,阈值是指在实时统计表格上划定的一条水平线,用来去除声波信号中的杂音,凡是超过阈值的信号才能算做有效的声波数量,然后统计有效声波数量,有效声波数量所占的时间步长与总的开裂时间步长相比数值即为此岩芯裂缝的开裂程度,可以用于判定裂缝的开裂程度,这样就可以制得不同开裂程度岩芯;应变片检测仪11的显示器显示的是岩芯随着压力增加而呈现压力与应变之间的关系曲线,根据材料力学原理,这样的关系曲线在岩芯快要开裂或者刚开始开裂时,关系曲线会出现明显的抖动,即向下移动偏离原预定光滑曲线,可以用这个特征作为岩芯开裂的判别标准。
[0031]第四步:开始对岩芯施加轴向压力以进行压裂,用轴向压力泵5增加轴向压力机上的压力,并观察声波检测仪12的显示器上的形成一个实时统计表格(即累积曲线),当达到岩芯开裂程度为15%时停止压裂,撤去轴向压力机上的压力;岩芯开裂程度为有效声波数量所占的时间步长与总的开裂时间步长相比数值;测定岩芯开裂程度为15%情况下的的岩芯渗透能力,按照0.1MPa的压力梯度增加夹持器模型的进气口压力值,并随着进气口压力变化调节围压压力和回压压力,使用围压泵6增加围压腔的围压压力,将围压压力控制在比夹持器模型的进气口压力高出IMPa,同时使回压泵7与回压阀13连通以保持夹持器模型出气口处的回压压力与围压压力的数值相一致;每次进气口压力增加0.1MPa,都需要等待气体稳定渗流,等待时间为半个小时,直到进气口压力值不再变化,再通过皂沫流量计14记录当前压力状态下单位时间内的气体流量;记录10组15%开裂程度情况下的皂沫流量计14的气体流量数据以用于后面的压力一流量曲线的绘制;撤去进气口压力时并注意降低围压和回压,保证围压压力和回压压力一定与进气口压力相差在IMpa ;之后卸掉压裂后的岩
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