致密砂岩气体渗透性测试装置及测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于储层岩石物理性质评价领域，具体地，涉及一种致密砂岩气体渗透性 测试装置及测试方法。
【背景技术】
[0002] 岩石渗透率是储层物性研宄、地层损害评价、油气藏开发方案设计的重要参数和 指标。室内测量渗透率的方法分为稳态法和非稳态法。渗流介质包括气体（N 2、空气、扎）和 液体（如煤油和地层流体）。由于液体测量岩石的渗透率会受到许多因素的影响，如岩石中 粘土遇水膨胀、岩石孔隙表面吸附液体等都影响渗透率测定的准确性。因此，常采用气体来 测量岩石的渗透率。然而，致密砂岩岩心孔喉细小，孔隙结构复杂，采用稳态法及对应装置 测定气体渗透率时，通过岩心的气体流量小，稳定时间长，测量误差较大。此外，致密砂岩心 中气体低速渗流时存在显著的滑脱效应，采用稳态法测量时，需在不同驱替压力下多次测 量，通过Klinkenberg校正后才能获得岩石克氏渗透率k"和滑脱因子b，测试过程复杂。
[0003] 针对稳态法气体渗透性测试中存在的问题，Brace等首先提出了基于非稳态渗流 理论的脉冲衰减法渗透率测试技术，大大缩短了测试时间。国内外学者在此基础上做了进 一步研宄，对脉冲衰减法的测试条件与装置进行了改进，优化了初始压差和上下游容器体 积，以缩短实验时间。然而，该方法原理复杂，仍然没有考虑气体的滑脱效应b，测量值偏高。
【发明内容】
[0004] 为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种简易、完善的考虑气体滑脱效应的致密 砂岩气体渗透性测试装置及测试方法，用以准确、高效的测定致密砂岩岩心在各种温度、压 力条件下气体渗透率、滑脱系数。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用下述方案：
[0006] 致密砂岩气体渗透性测试装置，包括：高压气瓶、缓冲容器、岩心夹持器、回压阀、 围压泵与回压泵，其中：高压气瓶带有减压阀，缓冲容器通过第一管路与减压阀相连，由减 压阀至缓冲容器方向第一管路上依次设有气源阀和入口端压力传感器；缓冲容器通过第二 管路与真空泵相连，第二管路上设有针型阀；岩心夹持器设有进口、出口、围压接口；岩心 夹持器的进口通过进口管路与缓冲容器相连，进口管路上设有进气阀；回压阀设有进口、出 口、加压接口；岩心夹持器的出口通过出口管路与回压阀的进口相连，回压阀的出口直接通 大气，回压阀的加压接口通过第三管路与回压泵相连，由回压阀加压接口至回压泵第三管 路上设有回压传感器、回压控制阀；岩心夹持器的围压接口通过第四管路与围压泵连接，由 围压接口至围压泵方向第四管路上依次设有围压传感器、围压控制阀。
[0007] 相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：致密砂岩气体渗透性测试装置简易， 操作简单；采用高精度压力传感器，对岩心入口端的压力降落曲线进行采集，可以根据需要 选择设定岩心出口端压力，可以根据岩心孔隙体积调节进口缓冲容器体积的大小，以保证 气体渗透性测试的精度；致密砂岩气体渗透性测试方法通过建立、求解考虑滑脱效应的一 维气体非稳态渗流模型，假设待测岩心克氏渗透率，拟合计算的岩心入口端压力衰减曲线 与实测的压力衰减曲线，即可同时得到待测岩心的克氏渗透率与滑脱因子；本发明设计的 测试装置与测试方法所求取的岩心的克氏渗透率与滑脱因子与稳态法测试结果一致性较 好，结果准确；本发明的测试方法无需测试气体流量，只需观察岩心入口端缓冲容器内压力 变化，经一次测试即可得到待测岩心的克氏渗透率与滑脱因子，克服了稳态法气测渗透率 时稳定时间长、气体流量测量误差大的缺点。
【附图说明】
[0008] 图1为致密砂岩气体渗透性测试装置的结构示意图；
[0009] 图2为气体一维非稳态渗流点中心网格差分示意图；
[0010] 图3为稳态法气体克氏渗透率与滑脱因子关系式统计图；
[0011] 图4为压力降落法入口端缓冲容器内压力随时间的变化图；
[0012] 图5为本发明的测试结果与稳态法测试结果对比图；
[0013] 图中：1、高压气瓶，2、缓冲容器，3、岩心夹持器，4、回压阀，5、围压泵，6、回压泵，7、 钢块，8、入口端压力传感器，9、围压传感器，10、回压传感器，11、减压阀，12、气源阀，13、进 气阀，14、围压控制阀，15、回压控制阀，16、真空泵，17、针型阀。
[0014] 第一管路：高压气瓶与缓冲容器之间的管路；
[0015] 第二管路：缓冲容器与真空泵之间的管路；
[0016] 第三管路：回压阀加压接口与回压泵之间的管路；
[0017] 第四管路：岩心夹持器围压接口与围压泵之间的管路；
[0018] 岩心夹持器进口管路：缓冲容器与岩心夹持器进口间的管路；
[0019] 岩心夹持器出口管路：岩心夹持器出口与回压阀进口之间的管路。
【具体实施方式】
[0020] 如图1所示，致密砂岩气体渗透性测试装置，包括：高压气瓶1、缓冲容器2、岩心夹 持器3、回压阀4、围压泵5与回压泵6,其中：
[0021] 高压气瓶1内装有N2、空气或惰性气体，用于给测试装置供气，高压气瓶1带有减 压阀11，减压阀11用于调节高压气瓶1的输出压力。
[0022] 缓冲容器2由缸体、缸盖构成，缸体为底端封闭的不锈钢圆柱壳体，缸体顶端由缸 盖密封，缸盖可拆卸；缸盖上设有第一接口、第二接口、第三接口；所述缓冲容器2的缸体 内可放置一个或多个厚度不同的圆柱形实心钢块7,圆柱形实心钢块7用于改变缓冲容器 2的体积，所述实心钢块7体积已知，圆柱形实心钢块7的直径与缓冲容器2的内径均为 2. 54cm〇
[0023] 缓冲容器2的第一接口通过第一管路与减压阀11相连，由减压阀11至缓冲容器 2的第一接口方向第一管路上依次设有气源阀12和入口端压力传感器8,气源阀12控制高 压气瓶1中的气体进入缓冲容器2,入口端压力传感器8用于显示、采集缓冲容器2内的气 体压力。
[0024] 缓冲容器2的第三接口通过第二管路与真空泵16相连，第二管路上设有针型阀 17,真空泵16对整个测试装置抽真空，针型阀17控制缓冲容器2与真空泵16的连通。
[0025] 岩心夹持器3,用于放置岩心，岩心的直径为2. 54cm，岩心长度为2. 54~8. 00cm， 岩心夹持器3设有进口、出口、围压接口；
[0026] 岩心夹持器3的进口通过进口管路与缓冲容器2的第二接口相连，进口管路上设 有进气阀13,进气阀13控制缓冲容器2内的气体进入岩心夹持器3。
[0027] 回压阀4设有进口、出口、加压接口；岩心夹持器3的出口通过出口管路与回压阀 4的进口相连，回压阀4的出口直接通大气，回压阀4的加压接口通过第三管路与回压泵6 相连；回压泵6用于给回压阀4提供压力；由回压阀加压接口至回压泵方向第三管路上设 有回压传感器10、回压控制阀15,回压传感器10用于显示第三管路内的压力，回压控制阀 15控制回压阀4与回压泵6的连通。
[0028] 岩心夹持器3的围压接口通过第四管路与围压泵5连接，由围压接口至围压泵方 向第四管路上依次设有围压传感器9、围压控制阀14 ;围压传感器9用于显示围压压力，围 压控制阀14控制岩心夹持器3的围压接口与围压泵5的连通。
[0029] 致密砂岩气体渗透性测试方法，采用上述致密砂岩气体渗透性测试装置，包括以 下步骤：
[0030] (1)、测量岩心的长度L与直径d，将岩心放入岩心夹持器中；
[0031] (2)、打开围压控制阀，调节围压泵，给岩心夹持器加载围压，设定围压比缓冲容器 内初始压力高出〇.5MPa;
[0032] (3)、打开回压控制阀，调节回压泵给回压阀加载压力，设定岩心夹持器出口端压 力P L (低于入口压力的任意值，如设为〇? 2MPa);
[0033] (4)、关闭气源阀，打开进气阀、针型阀，利用真空泵对测试装置抽真空，至真空压 力达600Pa ;
[0034] (5)、关闭针形阀，关闭真空泵；
[0035] (6)、打开高压气瓶，通过减压阀调节高压气瓶输出压力为九；
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