一种致密岩石的饱和装置及方法与流程

本发明涉及石油地质实验领域，具体是一种致密岩石的饱和装置及方法。

背景技术：

随着常规砂岩、碳酸盐岩等储层石油、天然气的开采逐渐减少殆尽，非常规石油天然气已经成为现代石油工业开发的新趋向，致密砂岩油气、页岩油气作为一种重要的非常规能源，使得非常规油气的勘探与开发，之前的部分方法、行业标准不再适用于非常规油气藏储层的评价，因此有针对性的建立适合非常常规储层评价方法具有十分重要的意义。

致密砂岩油气储层、页岩油气等由于孔喉细小、富含粘土矿物，油藏投入开发前以及开发开发过程中，需要开展入井流体(包括钻开液、完井液、修井液、压裂液、酸液等)与储层适应评价，水敏、盐敏、酸敏、碱敏、油水相渗、气水相渗、液测孔隙度、核磁可动流体饱和度等岩心分析测试评价，所有系列实验都必须首先对致密岩心饱和流体。对致密岩心初始饱和程度决定了评价结果的科学性与客观性，如果初始状态无法将液体完全饱和致密岩心，就无法完全模拟致密储层在原地条件下的地层流体初始状态，更无法客观评价外来流体与致密岩心作用前后对储层矿物反应规律、孔隙结构改造特征，流体渗流能力影响程度的定量评价。

此外，很多实验的前期研究都要对致密砂岩的饱和地层水。常温下水的溶解度相对较低，所以高矿化度的地层水在常温下很难配置，不用地层条件矿化度的地层水进行饱和，后续的实验结果自然失去了准确性。

中国发明专利CN 201210207429.9公开了一种岩石液体饱和装置，中国发明专利CN 102841046B公开了测量岩石孔隙度的方法以及测量装置，中国发明专利CN 202793988 U公开了抽空加压饱和装置，从公布的方法和装置来看，基本只适用于孔渗性好的常规岩心，对于致密砂岩的饱和液体并不完全适用。因为致密砂岩孔喉细小，毛细管力大，并且抽真空过程很难把中间容器抽成低压真空，会有一部分气体滞留在纳米级的孔喉中，抽空后将饱和液体直接放入样品杯，将岩样快速完全淹没，会导致液体快速进入岩样，将纳米级或者连通性差孔喉中气体出来堵塞在岩心中，形成贾敏效应，造成饱和失败，并给后续评价带来误差，甚至错误性结论。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种致密岩石的饱和装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种致密岩石的饱和装置，包括抽负压系统、液压系统、温度调节系统和控制系统；所述抽负压系统装置由抽真空泵、六通阀、装有除油试剂的第二广口瓶和装有干燥剂的第一广口瓶组成；所述液压系统由第三电磁阀、第四电磁阀、加压泵、第二压力表及压力传感器和若干管路组成；所述温度调节系统包括恒温箱，恒温箱内设有中间容器，中间容器的内部设有活塞，所述中间容器的活塞上放置有一层人造岩心，人造岩心上刻有多个用于放置致密砂岩岩心的岩心凹槽，所述中间容器的顶部通过第一电磁阀与抽负压系统的第二导管连接，所述恒温箱内还设有烧杯，烧杯内设有第一导管，第一导管通过第二电磁阀与第六导管连接，第六导管与中间容器内腔连通，所述中间容器的底部通过管路与液压系统的加压泵连接，中间容器的底部管路上分别设有第三电磁阀和第四电磁阀；所述控制系统包括控制线路和控制台，抽负压系统、液压系统和温度调节系统均通过控制线路与控制台电性连接。

作为本发明进一步的方案：所述六通阀分别与第四导管和第五导管连接，第五导管的另一端与抽真空泵连接，所述第四导管的另一端伸入到装有除油试剂的第二广口瓶内，装有除油试剂的第二广口瓶和装有干燥剂的第一广口瓶之间连接有第三导管，装有干燥剂的第一广口瓶上还设置有第二导管。

作为本发明进一步的方案：所述装有除油试剂的第二广口瓶和装有干燥剂的第一广口瓶还分别设有第二密封瓶塞和第一密封瓶塞。

作为本发明进一步的方案：所述六通阀上还设有第二开关，六通阀还通过第一开关与压力表及压力传感器连接。

作为本发明进一步的方案：所述第二压力表及压力传感器安装于加压泵上，第三电磁阀为紧急泄压安全阀。

作为本发明进一步的方案：所述中间容器采用密封活塞式，侧面由钢化玻璃材质构成。

作为本发明进一步的方案：所述中间容器的内侧上部设有第二液位开关，活塞的上部设有能够随活塞移动的第一液位开关，且第一液位开关的高度为人造岩心厚度的1/2。

作为本发明进一步的方案：所述人造岩心上有19个凹槽，凹槽的直径大于致密砂岩岩心的直径。

一种致密砂岩的饱和方法，包括以下步骤：

S1：将恒温箱的温度预先调整到预定温度，并在预定温度下配置好用于饱和的溶液放入恒温箱内；初始状态下，第一开关和第二开关均为开启状态，其他开关皆是关闭状态，中间容器内的密闭活塞位于最底部；

S2：第一个进程是抽负压进程；打开控制台，在控制台内程序的指令下，抽真空泵打开，第一电磁阀打开，待中间容器内的压力被抽成-0.09MPa时，控制台通过第一压力表及压力传感器收到显示的-0.09MPa数值，开始下一个进程；

S3：第二个进程是抽负压自吸饱和进程；在控制台内程序的指令下，第二电磁阀打开，用于饱和的溶液在负压下被吸入中间容器，当到达第一液位开关的位置时，控制台内的程序继续发出指令，第二电磁阀关闭，此时控制台开始计时，4小时后，在控制台程序的指令下，开始第三个进程；

S4：第三个进程是湿抽饱和进程；在控制台内程序的指令下，第二电磁阀打开，烧杯内的待饱和进岩心的溶液在负压下被吸进中间容器，当溶液到达第二液位开关的位置时，控制台内的程序继续发出指令，第二电磁阀关闭，此时控制台开始计时，2小时后，在控制台程序的指令下，开始第四个进程；

S5：第四个进程是高压饱和进程；在控制台内程序的指令下，第四电磁阀、加压泵按顺序依次打开，当中间容器内的压力达到10Mpa时，控制台通过第一压力表及压力传感器收到显示的10Mpa数值，开始计时；10小时后，在控制台程序的指令下，开始第五个进程；

S6：第五个进程是泄压进程；在控制台内程序的指令下，加压泵开始退泵卸压，控制台通过第二压力表及压力传感器收到显示的0Mpa数值时，第二电磁阀打开，保证中间容器内压强和大气压一致，饱和过程结束，可以将岩心取出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明独创性的提出了抽负压自吸饱和进程，再配合湿抽饱和和高压饱和进程可以非常有效的将液体饱和进致密砂岩中；

2)本发明不仅提出了抽真空自吸饱和进程，同时也提出用人造岩心作为抽真空自吸饱和的多孔介质，人造岩心由石英颗粒胶结形成，浸泡在液体中不会改变液体的成分；

3)由于水在常温下的溶解度有限，一些高矿化度的液体不可能在常温下配置并保存，更不能在常温下饱和进岩石中，恒温箱可以使整个饱和过程在地层条件下进行；

4)控制台和控制线路组成的控制系统与中间容器、恒温箱、加压泵、抽真空泵上电磁阀、传感器电性连接，使得整个饱和过程自动化，操作起来方便简单；

5)透过钢化玻璃可以观测到整个饱和的过程，包括液体自吸的高度以及中间容器内的进液高度，借助钢化玻璃进行观测，饱和模式可以从自动饱和模式自如的切换到手动模式；

6)由于岩性不同，饱和过程的具体条件也有些差异，可以自行设置自动饱和的三个进程(抽负压自吸饱和、湿抽饱和和高压饱和)的持续时间以及高压饱和的压力；

综上所述，本发明装置结构简单，原理可靠，操作方便，成本较低，自动化程度高，经过多次试验证明效果显著。

附图说明

图1是致密砂岩饱和装置的总体结构图。

图2是中间容器内底部的放大细节图。

图中：1-致密砂岩岩心；2-中间容器；3-恒温箱；4-烧杯；5-人造岩心；6-加压泵；7/8/19/20/23/25-导管；9/10-密封瓶塞；11/12-广口瓶；13/14-压力表及压力传感器；15-抽真空泵；16/17/18/24-电磁阀；21/22-开关；26-六通阀阀；27-控制线路；28-控制台；29/30-液位开关；31-活塞。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～2，本发明实施例中，一种致密岩石的饱和装置，包括抽负压系统、液压系统、温度调节系统和控制系统。

所述抽负压系统装置由抽真空泵15、六通阀26、装有除油试剂的第二广口瓶12和装有干燥剂的第一广口瓶11组成，所述六通阀26分别与第四导管20和第五导管23连接，第五导管23的另一端与抽真空泵15连接，所述第四导管20的另一端伸入到装有除油试剂的第二广口瓶12内，装有除油试剂的第二广口瓶12和装有干燥剂的第一广口瓶11之间连接有第三导管19，装有干燥剂的第一广口瓶11上还设置有第二导管8，所述装有除油试剂的第二广口瓶12和装有干燥剂的第一广口瓶11还分别设有第二密封瓶塞10和第一密封瓶塞9，可对第二导管8、第三导管19和第四导管20密封固定，所述六通阀26上还设有第二开关22，六通阀26还通过第一开关21与压力表及压力传感器13连接。

所述液压系统由第三电磁阀18、第四电磁阀24、加压泵6、第二压力表及压力传感器14和若干管路组成，第二压力表及压力传感器14安装于加压泵6上，第三电磁阀18为紧急泄压安全阀，饱和过程需要快速终止泄压时，第三电磁阀18开启，加压泵6关闭，第四电磁阀24依次关闭。

所述温度调节系统包括恒温箱3，恒温箱3内设有中间容器2，中间容器2采用密封活塞式，侧面由钢化玻璃材质构成，中间容器2的内侧上部设有第二液位开关30，中间容器2的内部设有活塞31，活塞31的上部设有能够随活塞31移动的第一液位开关29，所述中间容器2的活塞31上放置有一层人造岩心5，人造岩心5上刻有1～19个用于放置致密砂岩岩心1的岩心凹槽，致密砂岩岩心1通过凹槽来达到饱和过程中一直保持直立的状态；所述中间容器2的顶部通过第一电磁阀16与抽负压系统的第二导管8连接，所述恒温箱3内还设有烧杯4，烧杯4内设有第一导管7，第一导管7通过第二电磁阀17与第六导管25连接，第六导管25与中间容器2内腔连通，抽负压过程，开动抽真空泵15，中间容器2内的气体先在第一广口瓶11内被干燥剂去除水分，再经过第三导管19进入第二广口瓶12除油试剂除去油分，最后被抽真空泵15抽出装置外，所述中间容器2的底部通过管路与液压系统的加压泵6连接，中间容器2的底部管路上分别设有第三电磁阀18和第四电磁阀24，加压泵6将液压油通过第四电磁阀24推进中间容器2的底部，温度是通过恒温箱3来调节达到的。

所述控制系统包括控制线路27和控制台28，抽负压系统、液压系统和温度调节系统均通过控制线路27与控制台28电性连接，饱和时控制台28将温度设为地层温度，控制系统贯穿了抽负压系统、液压系统和温度调节系统，并与主控装置电性连接，使整个饱和过程可以自动化安全有效完成。

图2中，人造岩心5放置在密闭活塞31上，人造岩心5比中间容器2的内径要小一些，且人造岩心上有19个凹槽，凹槽的直径比致密砂岩岩心1的直径(25mm或38mm)稍大，密闭活塞31上有可以随密闭活塞31一起运动的第一液位开关29，且第一液位开关29的高度为人造岩心5厚度的1/2。

一种致密砂岩的饱和方法，包括以下步骤：

S1：实验前，将恒温箱3的温度预先调整到预定温度，并在预定温度下配置好用于饱和的溶液放入恒温箱3内；初始状态下，第一开关21和第二开关22均为开启状态，其他开关皆是关闭状态，中间容器2内的密闭活塞31位于最底部；

S2：第一个进程是抽负压进程；打开控制台28，在控制台28内程序的指令下，抽真空泵15打开，第一电磁阀16打开，待中间容器2内的压力被抽成-0.09MPa时，控制台28通过第一压力表及压力传感器13收到显示的-0.09MPa数值，开始下一个进程；

S3：第二个进程是抽负压自吸饱和进程；在控制台28内程序的指令下，第二电磁阀17打开，用于饱和的溶液在负压下被吸入中间容器2，当到达第一液位开关29的位置时，控制台28内的程序继续发出指令，第二电磁阀17关闭，此时控制台28开始计时，4小时后，在控制台28程序的指令下，开始第三个进程；

S4：第三个进程是湿抽饱和进程；在控制台28内程序的指令下，第二电磁阀17打开。烧杯4内的待饱和进岩心的溶液在负压下被吸进中间容器2，当溶液到达第二液位开关30的位置时，控制台28内的程序继续发出指令，第二电磁阀17关闭，此时控制台28开始计时，2小时后，在控制台28程序的指令下，开始第四个进程；

S5：第四个进程是高压饱和进程；在控制台28内程序的指令下，第四电磁阀24、加压泵6按顺序依次打开，当中间容器2内的压力达到10Mpa时，控制台28通过第一压力表及压力传感器13收到显示的10Mpa数值，开始计时；10小时后，在控制台28程序的指令下，开始第五个进程；

S6：第五个进程是泄压进程；在控制台28内程序的指令下，加压泵6开始退泵卸压，控制台28通过第二压力表及压力传感器14收到显示的0Mpa数值时，第二电磁阀17打开，保证中间容器2内压强和大气压一致，饱和过程结束，可以将岩心取出。

本发明利用独创的自吸饱和进程，在地层温度下，通过人造岩心作为多孔介质，吸收液体，并且使液体从致密砂岩岩样底部自吸进入，自下而上的排出了致密砂岩内未被负压抽走的空气，避免了贾敏效应对实验的影响，成功的完成了饱和岩心的目的，提高了实验的精度。在负压条件下，通过人造岩心毛细管力传送饱和液体给致密岩心的纳米级毛细管，致密岩心在毛细管力和负压双重力作用下缓慢自吸，饱和流体顺岩石中毛细管壁从小到大依次饱和，同时将致密岩心中纳米级孔喉中残余气体被逐渐挤出，结合高压饱和装置等，致密岩石能够形成高的初始流体饱和度，为后续流体评价实验奠定关键性基础参数。

该致密岩石的饱和装置及方法，具有以下优点：

1)本发明独创性的提出了抽负压自吸饱和进程，再配合湿抽饱和和高压饱和进程可以非常有效的将液体饱和进致密砂岩中；

2)本发明不仅提出了抽真空自吸饱和进程，同时也提出用人造岩心作为抽真空自吸饱和的多孔介质，人造岩心由石英颗粒胶结形成，浸泡在液体中不会改变液体的成分；

3)由于水在常温下的溶解度有限，一些高矿化度的液体不可能在常温下配置并保存，更不能在常温下饱和进岩石中，恒温箱可以使整个饱和过程在地层条件下进行；

4)控制台和控制线路组成的控制系统与中间容器、恒温箱、加压泵、抽真空泵上电磁阀、传感器电性连接，使得整个饱和过程自动化，操作起来方便简单；

5)透过钢化玻璃可以观测到整个饱和的过程，包括液体自吸的高度以及中间容器内的进液高度，借助钢化玻璃进行观测，饱和模式可以从自动饱和模式自如的切换到手动模式；

6)由于岩性不同，饱和过程的具体条件也有些差异，可以自行设置自动饱和的三个进程(抽负压自吸饱和、湿抽饱和和高压饱和)的持续时间以及高压饱和的压力；

综上所述，本发明装置结构简单，原理可靠，操作方便，成本较低，自动化程度高，经过多次试验证明效果显著。

以上的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。