本申请涉及石油勘探中原位加热改质开采技术领域，特别涉及一种确定岩石热导率的方法及系统。
背景技术：
近年来，页岩油气逐渐成为国内外非常规油气领域勘探和研究的热点，与北美典型的页岩油区带相比(ro>1.1％)，中国湖相页岩成熟度普遍较低，处于生油窗范围(0.6％<ro<1.1％)。针对中国页岩成熟度较低、生烃潜量大、面积分布广、层系多、资源潜力大等地质特点，不少学者和机构认为国外的原位改质技术可能是中国实现页岩油开采的有效途径。如何有效评价原位加热改质过程中热场的分布成为制约页岩油开采井位部署和经济核算的关键。目前的热场分布主要是通过anasys和fluent等软件开展模拟。然而，模拟过程中的重要参数热导率通常是利用常温常压热导率测试仪获得，不仅忽略了高温高压对岩石热性质的影响，也忽略了重要的裂缝及生成流体的影响，严重影响构建热场的精度，从而影响页岩油经济性的评估并对后期现场作业带来经济损失。
目前热导率测试的方法主要包括常规的热板法、激光法和热线法等。这些热导率测试方法均受限于温度和压力条件，无法开展高温高压测试。其中，采用热板法和激光法不能直接测试热导率，只能通过热扩散系数与比热联合计算热导率，且测试的压力只能是常压；而热线法的测试温度只能是常温，压力也仅限于常压。因此，亟需研究一种新的确定岩石热导率的方法和系统，以有效确定地质条件下岩心样品的热导率，从而为页岩油加热的原位改质开采提供关键参数，对石油工业具有重要的意义。
技术实现要素：
本申请实施例的目的是提供一种确定岩石热导率的方法及系统，以有效确定地质条件下岩心样品的热导率。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种确定岩石热导率的方法及系统是这样实现的：
一种确定岩石热导率的方法，提供有原始岩心样品，以及对所述原始岩心样品进行加工处理后得到的第一岩心样品和第二岩心样品；所述方法包括：
将所述第一岩心样品和所述第二岩心样品放入反应釜中，通过加热炉对所述反应釜进行恒温加热处理以及通过液压装置对所述反应釜进行加压处理，以使得所述反应釜内的温度和压力分别处于指定温度和指定压力；
通过脉冲加热装置对设置在所述第一岩心样品和所述第二岩心样品之间的热元件进行脉冲加热处理；
通过数据处理装置采集所述脉冲加热处理后的热元件的温度数据，并根据所述温度数据，确定在所述指定温度和所述指定压力下所述原始岩心样品的热导率。
优选方案中，所述第一岩心样品和所述第二岩心样品的形状为圆柱形；所述圆柱形样品的直径的范围为：1厘米～4厘米；所述圆柱形样品的高的范围为2厘米～10厘米。
优选方案中，通过加热炉对所述反应釜进行恒温加热处理，包括：
将所述反应釜放置在所述加热炉内，通过所述加热炉按照指定加热速率对所述反应釜进行加热处理，直至所述加热炉内的温度上升至所述指定温度，并在指定时间内保持所述加热炉内的温度处于所述指定温度。
优选方案中，所述指定时间的取值范围包括2～3小时。
优选方案中，通过液压装置对所述反应釜进行加压处理，包括：
通过所述液压装置向所述反应釜内设置在所述第一岩心样品和所述第二岩心样品上方的活塞元件施加压力，以压缩所述反应釜内的空间，直至所述反应釜内的压力增加至所述指定压力。
优选方案中，根据所述温度数据，确定所述原始岩心样品的热导率，包括：
对所述温度数据中所述脉冲加热处理后的热元件的温度和对应的采集时间进行线性拟合处理，得到温度与时间的拟合直线和所述拟合直线对应的斜率；
将所述拟合直线的斜率的绝对值作为在所述指定温度和所述指定压力下所述原始岩心样品的热导率。
优选方案中，所述方法还包括：
当所述反应釜内的压力大于所述指定压力时，通过与所述反应釜下端的出口相连接的排液装置，排出所述反应釜内的流体，以降低所述反应釜内的压力至所述指定压力；其中，所述反应釜内的流体由所述第一岩心样品和所述第二岩心样品在所述指定温度、所述指定压力下生成。
一种确定岩石热导率的系统，所述系统包括：
反应釜，用于给第一岩心样品和第二岩心样品提供密闭环境；其中，所述第一岩心样品和所述第二岩心样品通过对原始岩心样品进行加工处理后得到；
加热炉，用于对所述反应釜进行恒温加热处理，以使得所述反应釜内的温度处于指定温度；
液压装置，与所述反应釜的上端相连接，用于对所述反应釜进行加压处理，以使得所述反应釜内的压力处于指定压力；
脉冲加热装置，通过所述反应釜侧壁的孔口与设置在所述反应釜内、且在所述第一岩心样品和所述第二岩心样品之间的热元件相连接，所述脉冲加热装置用于对所述热元件进行脉冲加热处理；
数据处理装置，通过所述反应釜侧壁的孔口与所述热元件相连接，用于采集所述脉冲加热处理后的热元件的温度数据，并根据所述温度数据，确定在所述指定温度和所述指定压力下所述原始岩心样品的热导率。
优选方案中，所述反应釜中包括设置在所述第一岩心样品和所述第二岩心样品上方的活塞元件；相应的，
所述液压装置用于向所述活塞元件施加压力，以压缩所述反应釜内的空间，直至所述反应釜内的压力增加至所述指定压力。
优选方案中，所述系统还包括：排液装置；
所述排液装置，通过所述反应釜下端的出口相连接，用于当所述反应釜内的压力大于所述指定压力时，排出所述反应釜内的流体，以降低所述反应釜内的压力至所述指定压力；其中，所述反应釜内的流体由所述第一岩心样品和所述第二岩心样品在所述指定温度、所述指定压力下生成。
由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例提供的确定岩石热导率的方法及系统，可以将所述第一岩心样品和所述第二岩心样品放入反应釜中，通过加热炉对所述反应釜进行恒温加热处理以及通过液压装置对所述反应釜进行加压处理，以使得所述反应釜内的温度和压力分别处于指定温度和指定压力；可以通过脉冲加热装置对设置在所述第一岩心样品和所述第二岩心样品之间的热元件进行脉冲加热处理；可以通过数据处理装置采集所述脉冲加热处理后的热元件的温度数据，并根据所述温度数据，确定在所述指定温度和所述指定压力下所述原始岩心样品的热导率。如此，可以有效确定与地质条件相符合的指定温度和指定压力下岩心样品的热导率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一种确定岩石热导率的方法实施例的流程图；
图2是本申请确定岩石热导率的系统实施例中反应釜的剖面示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供一种确定岩石热导率的方法及系统。
结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本申请实施例提供了一种确定岩石热导率的方法。所述确定岩石热导率的方法提供有原始岩心样品，以及对所述原始岩心样品进行加工处理后得到的第一岩心样品和第二岩心样品。
在本实施方式中，可以通过钻井取芯的方法，采集所述原始岩心样品。例如，所述钻井取芯的方式可以是常规取芯或保压取芯的方法。其中，所采集的原始岩心样品为全直径岩心样品。
在本实施方式中，对所述原始岩心样品进行加工处理后得到的第一岩心样品和第二岩心样品，具体可以包括，可以通过切割机对所述原始岩心样品进行切割处理，得到两个岩心样品，并通过抛光机分别对所述两个岩心样品进行抛光处理，以使得得到的所述第一岩心样品和所述第二岩心样品的顶底面光滑平整。
在本实施方式中，经过切割处理和抛光处理后，得到的所述第一岩心样品和所述第二岩心样品形状均为圆柱形。所述圆柱形样品的直径的范围为：1厘米～4厘米；所述圆柱形样品的高的范围为2厘米～10厘米。在实际应用过程中，所述第一岩心样品和所述第二岩心样品的尺寸可以根据实际需求进行调整。优选地，所述第一岩心样品和所述第二岩心样品的直径相同，高度也相同。
图1是本申请一种确定岩石热导率的方法实施例的流程图。所述确定岩石热导率的方法，包括以下步骤。
步骤s101：将所述第一岩心样品和所述第二岩心样品放入反应釜中，通过加热炉对所述反应釜进行恒温加热处理以及通过液压装置对所述反应釜进行加压处理，以使得所述反应釜内的温度和压力分别处于指定温度和指定压力。
在本实施方式中，可以将所述第一岩心样品和所述第二岩心样品上下依次放入反应釜中，并将所述第一岩心样品和所述第二岩心样品之间放置热元件，以使得所述热元件分别与所述第一岩心样品的底表面和所述第二岩心样品的顶表面相接触。其中，所述热元件的位置位于所述第一岩心样品的底表面或所述第二岩心样品的顶表面的中间位置。
在本实施方式中，所述热元件的形状可以为圆形，材料为云母。
在本实施方式中，通过加热炉对所述反应釜进行恒温加热处理，具体可以包括，可以将所述反应釜放置在所述加热炉内，接着可以通过所述加热炉按照指定加热速率对所述反应釜进行加热处理，直至所述加热炉内的温度上升至所述指定温度，最后在指定时间内保持所述加热炉内的温度处于所述指定温度。
在本实施方式中，所述指定温度和所述指定压力具体可以根据实际应用需求或者岩心样品所处的实际地质条件来设定。例如，所述指定温度的取值范围可以包括25摄氏度～700摄氏度，所述指定压力的取值范围可以包括0～60兆帕。
在本实施方式中，所述指定时间的取值范围可以包括2～3小时。
在本实施方式中，通过液压装置对所述反应釜进行加压处理，具体可以包括，可以通过所述液压装置向所述反应釜内设置在所述第一岩心样品和所述第二岩心样品上方的活塞元件施加压力，以压缩所述反应釜内的空间，直至所述反应釜内的压力增加至所述指定压力。
步骤s102：通过脉冲加热装置对设置在所述第一岩心样品和所述第二岩心样品之间的热元件进行脉冲加热处理。
在本实施方式中，可以通过脉冲加热装置对设置在所述第一岩心样品和所述第二岩心样品之间的热元件进行脉冲加热处理。具体地，所述脉冲加热处理的具体实施步骤可以是：通过所述反应釜侧壁上的孔口，将所述热元件与所述脉冲加热装置相连接，并对所述孔口进行密封处理；接着通过所述脉冲加热装置生成脉冲电流，并利用所述脉冲电流对所述热元件进行脉冲加热。
步骤s103：通过数据处理装置采集所述脉冲加热处理后的热元件的温度数据，并根据所述温度数据，确定在所述指定温度和所述指定压力下所述原始岩心样品的热导率。
在本实施方式中，在对所述热元件进行脉冲加热处理后，所述热元件的温度增加，由于所述热元件分别与所述第一岩心样品和所述第二岩心样品相接触，所述热元件的热量通过所述第一岩心样品和所述第二岩心样品的热传导的方式不断散失，所述热元件的温度开始发生变化，这时，热元件的电阻也发生变化，从而在热元件的两端产生一定程度的电压降。而对于导热性能不同的岩心样品，热元件的热量散失程度或热量散失速率不同，从而产生的电压变化也不同。如此，可以采集述脉冲加热处理后的热元件的温度数据，可以较为准确地得到待测岩心样品的热导率。
在本实施方式中，在对所述热元件进行脉冲加热处理后，可以通过所述数据处理装置采集所述脉冲加热处理后的热元件的温度数据。其中，所述温度数据可以包括所述热元件的温度或热量，以及对应的采集时间。
在本实施方式中，根据所述温度数据，确定在所述指定温度和所述指定压力下所述原始岩心样品的热导率，具体可以包括，可以对所述温度数据中所述脉冲加热处理后的热元件的温度和对应的采集时间进行线性拟合处理，得到温度与时间的拟合直线和所述拟合直线对应的斜率。具体地，可以将所述温度数据中所述脉冲加热处理后的热元件的温度和对应的采集时间作为一个数据点，可以得到所述温度数据中包括的多个数据点，并在以温度为纵坐标、采集时间为横坐标的坐标系下对所述多个数据点进行线性拟合处理，得到温度与时间的拟合直线和所述拟合直线对应的斜率。其中，所述线性拟合处理的方法可以是最小二乘拟合的方法。在得到温度与时间的拟合直线和所述拟合直线对应的斜率后，可以将所述拟合直线的斜率的绝对值作为在所述指定温度和所述指定压力下所述原始岩心样品的热导率。
在本申请一个实施方式中，所述确定岩石热导率的方法还可以包括：可以对所述第一岩心样品和所述第二岩心样品进行粉碎处理，并测量所述粉碎处理后的样品的比热容；可以根据所述温度数据、所述粉碎处理后的样品的比热容，以及在所述指定温度和所述指定压力下所述原始岩心样品的热导率，分别计算得到在所述指定温度和所述指定压力下所述原始岩心样品水平方向上和垂直方向上的热导率。具体地，可以按照下述步骤分别计算得到在所述指定温度和所述指定压力下所述原始岩心样品水平方向上和垂直方向上的热导率：
(1)、根据所述温度数据，确定所述热元件的温度变化量与采集时间的拟合关联关系；例如，可以从所述温度数据中获取所述热元件的温度变化量和对应的采集时间。其中，所述温度变化量用于表征所述热元件在单位时间内的温度变化量。可以采用最小二乘拟合的方法对所述热元件的温度变化量和对应的采集时间进行拟合处理，得到所述热元件的温度变化量与采集时间的拟合关联关系；
(2)、根据所述拟合关联关系，以及所述热元件的温度变化量与采集时间的理论关联关系，确定在所述指定温度和所述指定压力下所述原始岩心样品水平方向上的热扩散系数。例如，可以采用下述公式表征所述热元件的温度变化量与采集时间的理论关联关系：
其中，δt(τ)表示所述热元件的温度变化量，τ表示所述采集时间，δtc表示所述热元件中的接触电阻与绝缘层之间的温差，为一个常数，q表示所述热元件的额定功率，λ表示所述原始岩心样品的热导率，r0表示所述热元件的半径，a表示所述原始岩心样品水平方向上的热扩散系数，i0表示贝塞尔函数，τ'、r和r'分别表示待积分的时间变量、第一半径变量和第二半径变量；其中，d(f0)的表达式是在柱坐标系下得到的；将所述拟合关联关系，以及所述热元件的温度变化量与采集时间的理论关联关系进行对比，确定在所述指定温度和所述指定压力下所述原始岩心样品水平方向上的热扩散系数。
(3)、根据所述比热容，以及在所述指定温度和所述指定压力下所述原始岩心样品水平方向上的热扩散系数，确定在所述指定温度和所述指定压力下所述原始岩心样品水平方向上的热导率；例如，可以采用下述公式确定在所述指定温度和所述指定压力下所述原始岩心样品水平方向上的热导率：
λh＝a×c
其中，λh表示所述原始岩心样品水平方向上的热导率，a表示所述原始岩心样品水平方向上的热扩散系数，c表示所述比热容；
(4)、根据在所述指定温度和所述指定压力下所述原始岩心样品水平方向上的热导率，以及所述原始岩心样品的热导率，确定在所述指定温度和所述指定压力下所述原始岩心样品垂直方向上的热导率。例如，可以采用下述公式确定在所述指定温度和所述指定压力下所述原始岩心样品垂直方向上的热导率：
其中，λh表示所述原始岩心样品水平方向上的热导率，λv表示所述原始岩心样品水平方向上的热导率，λ表示所述原始岩心样品的热导率。
本申请实施例还提供了一种确定岩石热导率的系统。所述确定岩石热导率的系统可以包括：反应釜，可以用于给第一岩心样品和第二岩心样品提供密闭环境；其中，所述第一岩心样品和所述第二岩心样品通过对原始岩心样品进行加工处理后得到；加热炉，可以用于对所述反应釜进行恒温加热处理，以使得所述反应釜内的温度处于指定温度；液压装置，与所述反应釜的上端相连接，可以用于对所述反应釜进行加压处理，以使得所述反应釜内的压力处于指定压力；脉冲加热装置，可以通过所述反应釜侧壁的孔口与设置在所述反应釜内、且在所述第一岩心样品和所述第二岩心样品之间的热元件相连接，所述脉冲加热装置可以用于对所述热元件进行脉冲加热处理；数据处理装置，通过所述反应釜侧壁的孔口与所述热元件相连接，可以用于采集所述脉冲加热处理后的热元件的温度数据，并根据所述温度数据，确定在所述指定温度和所述指定压力下所述原始岩心样品的热导率。
在本实施方式中，如图2所示，所述反应釜1中可以包括设置在所述第一岩心样品2和所述第二岩心样品3上方的活塞元件11。相应的，所述液压装置可以用于向所述活塞元件11施加压力，以压缩所述反应釜1内的空间，直至所述反应釜1内的压力增加至所述指定压力。其中，热元件4设置在所述反应釜1内、且在所述第一岩心样品和所述第二岩心样品之间。
在本实施方式中，如图2所示，所述系统还可以包括：排液装置。所述排液装置可以通过所述反应釜1下端的出口12相连接，可以用于当所述反应釜1内的压力大于所述指定压力时，可以打开所述排液装置上的阀门，排出所述反应釜1内的流体，以降低所述反应釜1内的压力至所述指定压力。其中，所述反应釜1内的流体由所述第一岩心样品2和所述第二岩心样品3在所述指定温度、所述指定压力下生成。
综上可见，本申请实施例提供的确定岩石热导率的方法及系统，可以将所述第一岩心样品和所述第二岩心样品放入反应釜中，通过加热炉对所述反应釜进行恒温加热处理以及通过液压装置对所述反应釜进行加压处理，以使得所述反应釜内的温度和压力分别处于指定温度和指定压力；可以通过脉冲加热装置对设置在所述第一岩心样品和所述第二岩心样品之间的热元件进行脉冲加热处理；可以通过数据处理装置采集所述脉冲加热处理后的热元件的温度数据，并根据所述温度数据，确定在所述指定温度和所述指定压力下所述原始岩心样品的热导率。如此，可以有效确定与地质条件相符合的指定温度和指定压力下岩心样品的热导率。
多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。