低渗透岩石渗透率非稳态测定装置及方法
【专利摘要】本发明为一种低渗透岩石渗透率非稳态测定装置及方法，该测定装置包括容置岩心样品的岩心夹持器，夹持器侧壁连接于环压泵；夹持器设有进口管路和出口管路；进口管路中设有进口缓冲容器；出口管路中设有出口缓冲容器；与夹持器并联设置一校验回路，校验回路中设有一校验缸。利用本发明的低渗透岩石渗透率非稳态测定装置，可以快速准确测定低渗岩心渗透率，可以实现两种非稳态法测定低渗岩心样品渗透率，操作简单、测试准确；可以根据岩心孔隙度调节进、出口缓冲容器体积的大小，以保证渗透率测定的精度。
【专利说明】低渗透岩石渗透率非稳态测定装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于石油、地质、矿业领域实验室内用于致密砂岩、煤岩、泥岩、页岩等低渗岩石渗透率的测定装置及方法，尤其涉及一种低渗透岩石渗透率非稳态测定装置及方法。
【背景技术】
[0002]目前，致密砂岩气、页岩气、煤层气等低渗透气藏的勘探与开发方面取得了一系列的进展，渗透率已经成为评价低渗储层的关键参数之一。现有实验室岩心渗透率测定采用稳态法，基本原理是依据达西定律(渗透率大于0.1mD的岩石渗透率测试主要是基于达西定律)，计量一定压力下通过岩心的流体流量，据达西公式计算渗透率。但是，采用这样的测量装置与方法在测量低渗岩心样品(渗透率〈0.1mD)时，因为岩石渗透率孔隙度低，孔隙间连通性差，往往流体无法通过，难以在短时间获得稳定流速，计量难度大，耗时长，精度低。
[0003]由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种低渗透岩石渗透率非稳态测定装置及方法，以克服现有技术的缺陷。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种低渗透岩石渗透率非稳态测定装置及方法，用以准确、高效的测定低渗岩心样品的渗透率。
[0005]本发明的目的是这样实现的，一种低渗透岩石渗透率非稳态测定装置，所述测定装置包括一用于容置岩心样品的岩心夹持器，所述岩心夹持器的侧壁由管路连接于环压泵；所述岩心夹持器的进口端设有进口管路，出口端设有出口管路；所述进口管路中依序设有进口压力传感器、进气阀、调压阀和气缸；所述出口管路中依序设有出口压力传感器和放空阀；在所述进口管路中且位于岩心夹持器进口端与进口压力传感器之间由第一管道连通设有一个进口缓冲容器；在所述出口管路中且位于岩心夹持器出口端与出口压力传感器之间由第二管道连通设有一个出口缓冲容器；所述岩心夹持器进口端与第一管道之间设有第一阀门；所述第二管道中设有第二阀门；与岩心夹持器并联设置一校验回路，所述校验回路中设有一校验缸，校验缸两侧分别设有第三阀门和第四阀门，所述校验回路输入端连接在第一管道与第一阀门之间的进口管路中，所述校验回路输出端连接在第二管道与岩心夹持器出口端之间的出口管路中；与所述校验缸并联设置一第五阀门。
[0006]在本发明的一较佳实施方式中，所述进口缓冲容器和出口缓冲容器分别由圆柱状不锈钢密封缸体构成；所述密封缸体上设有能拆卸的密封缸盖；所述缸体内选择地设置圆柱状实心钢块。
[0007]在本发明的一较佳实施方式中，所述进口缓冲容器和出口缓冲容器内选择地设置多个圆柱状实心钢块。
[0008]在本发明的一较佳实施方式中，所述各实心钢块的厚度各不相同；各实心钢块的直径与各缓冲容器的内径相同。[0009]在本发明的一较佳实施方式中,所述岩心样品为直径2.54cm的岩心钻柱。
[0010]本发明的目的还可以这样实现，一种低渗透岩石渗透率非稳态测定方法，所述测定方法包括以下步骤:
[0011]1)关闭所有阀门；
[0012]2)将岩心样品放入岩心夹持器中，并加载环压；
[0013]3)打开气缸、进气阀和调压阀，打开校验回路中的第三阀门、第四阀门和第五阀门，打开岩心夹持器与进口缓冲容器之间的第一阀门，调节气源压力，在岩心夹持器进口端和出口端加载一定的压力，使得气体快速浸润岩心夹持器中的低渗透岩心；由进口和出口压力传感器记录此时压力；
[0014]4)待进口端和出口端压力稳定后，关闭气缸，关闭校验回路中的第三阀门、第四阀门和第五阀门，打开放空阀调节压力后再关闭放空阀，上游压力向岩心夹持器下游传递；
[0015]5)待岩心夹持器上、下游压力平衡后，根据上下游压力变化计算岩心样品渗透率。
[0016]在本发明的一较佳实施方式中，当岩心孔隙度>3%时，采用非稳态瞬时脉冲法测量岩心渗透率；在上述步骤4)中，在关闭放空阀之后，同时打开第二阀门，由进口压力传感器和出口压力传感器分别记录岩心夹持器进口与出口压力随时间变化的压力值；在上述步骤5)中，待进、出口压力示数相等时，得到进、出口压力随时间的变化曲线，计算岩心夹持器
进、出口压差变化的对数与时间的关系的斜率；由公式
【权利要求】
1.一种低渗透岩石渗透率非稳态测定装置，所述测定装置包括一用于容置岩心样品的岩心夹持器，所述岩心夹持器的侧壁由管路连接于环压泵；所述岩心夹持器的进口端设有进口管路，出口端设有出口管路；所述进口管路中依序设有进口压力传感器、进气阀、调压阀和气缸；所述出口管路中依序设有出口压力传感器和放空阀；其特征在于:在所述进口管路中且位于岩心夹持器进口端与进口压力传感器之间由第一管道连通设有一个进口缓冲容器；在所述出口管路中且位于岩心夹持器出口端与出口压力传感器之间由第二管道连通设有一个出口缓冲容器；所述岩心夹持器进口端与第一管道之间设有第一阀门；所述第二管道中设有第二阀门；与岩心夹持器并联设置一校验回路，所述校验回路中设有一校验缸，校验缸两侧分别设有第三阀门和第四阀门，所述校验回路输入端连接在第一管道与第一阀门之间的进口管路中，所述校验回路输出端连接在第二管道与岩心夹持器出口端之间的出口管路中；与所述校验缸并联设置一第五阀门。
2.如权利要求1所述的低渗透岩石渗透率非稳态测定装置，其特征在于:所述进口缓冲容器和出口缓冲容器分别由圆柱状不锈钢密封缸体构成；所述密封缸体上设有能拆卸的密封缸盖；所述缸体内选择地设置圆柱状实心钢块。
3.如权利要求2所述的低渗透岩石渗透率非稳态测定装置，其特征在于:所述进口缓冲容器和出口缓冲容器内选择地设置多个圆柱状实心钢块。
4.如权利要求3所述的低渗透岩石渗透率非稳态测定装置，其特征在于:所述各实心钢块的厚度各不相同；各实心钢块的直径与各缓冲容器的内径相同。
5.如权利要求4所述的低渗透岩石渗透率非稳态测定装置，其特征在于:所述岩心样品为直径2.54cm的岩心钻柱。
6.一种利用上述权利要求1~5任一项低渗透岩石渗透率非稳态测定装置进行岩石渗透率测定的方法，所述测定方法包括以下步骤: 1)关闭所有阀门； 2)将岩心样品放入岩心夹持器中，并加载环压； 3)打开气缸、进气阀和调压阀，打开校验回路中的第三阀门、第四阀门和第五阀门，打开岩心夹持器与进口缓冲容器之间的第一阀门，调节气源压力，在岩心夹持器进口端和出口端加载一定的压力，使得气体快速浸润岩心夹持器中的低渗透岩心；由进口和出口压力传感器记录此时压力； 4)待进口端和出口端压力稳定后，关闭气缸，关闭校验回路中的第三阀门、第四阀门和第五阀门，打开放空阀调节压力后再关闭放空阀，上游压力向岩心夹持器下游传递； 5)待岩心夹持器上、下游压力平衡后，根据上下游压力变化计算岩心样品渗透率。
7.如权利要求6所述的低渗透岩石渗透率非稳态测定方法，其特征在于:当岩心孔隙度>3%时，采用非稳态瞬时脉冲法测量岩心渗透率；在上述步骤4)中，在关闭放空阀之后，同时打开第二阀门，由进口压力传感器和出口压力传感器分别记录岩心夹持器进口与出口压力随时间变化的压力值；在上述步骤5)中，待进、出口压力示数相等时，得到进、出口压力随时间的变化曲线，计算岩心夹持器进、出口压差变化的对数与时间的关系的斜率；由公j= ~式 #〔丄*丄]计算岩心样品渗透率K (10_3 u m2)；
lVin Vmt J其中:C为岩心夹持器进、出口压差变化的对数与时间的关系的斜率，y为流体粘度(mPa.s)，L为岩心样品长度(cm)，A为岩心样品截面积(cm2)，Pf为平均压力(MPa)，即Pf=(Pin+P?t)/2，Pin为进口压力，Ptjut为出口压力，Vin为入口处连接缓冲容器的管线体积及进口缓冲容器的体积之和(Cm3)Jrat为出口处连接缓冲容器的管线体积及出口缓冲容器的体积之和(cm3)。
8.如权利要求7所述的低渗透岩石渗透率非稳态测定方法，其特征在于:采用非稳态法瞬时脉冲法进行渗透率测量时，需要调节进口缓冲容器和出口缓冲容器的体积。
9.如权利要求6所述的低渗透岩石渗透率非稳态测定方法，其特征在于:当岩心孔隙度为〈3%时，，采用非稳态法的压力降落法测量岩心渗透率；在上述步骤4)中，再次重新打开放空阀，由进口压力传感器记录压力变化过程，得到入口压力随时间变化的曲线；在上述步骤5)中，待入口压力降为大气压时，求取该压力的对数与时间变化关系的斜率；由公式K = — C U L
10.如权利要求9所述的低渗透岩石渗透率非稳态测定方法，其特征在于:当采用压力降落法测量渗透率时，只需调节进口缓冲容器的体积。
【文档编号】G01N15/08GK103616322SQ201310601867
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月25日 优先权日:2013年11月25日
【发明者】范俊佳, 柳少波, 姜林, 田华, 宋岩, 赵孟军, 方世虎, 洪峰, 马行陟, 樊阳 申请人:中国石油天然气股份有限公司